步進(jìn)電機控制芯片UDN2916LB原理及應用

UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款兩相步進(jìn)電機雙極驅動(dòng)集成電路，能夠驅動(dòng)雙繞組雙極步進(jìn)電機，特別適用于目前國內稅控市場(chǎng)雙步進(jìn)微型打印機電機的控制。

UDN2916LB適用的電機電壓范圍為10～45V，邏輯電壓不能超過(guò)7V；通過(guò)內部脈寬調制控制器(PWM)可實(shí)現最大750mA的輸出電流；內置1/3和2/3分割器；邏輯輸入實(shí)現1相/2相/W1-2phase激勵模式；內置過(guò)熱和交叉電流保護功能；集成鉗位二極管；內置防止低壓誤操作等保護功能。UDN2916LB內部結構如圖所示，芯片有兩組電路構成，每組電路由PWM控制器、電橋及輔助電路組成。

圖1 UDN2916LB內部結構框圖

PWM電流控制電路

每個(gè)PWM控制器由一組電橋、一個(gè)外部檢測電阻(RS)、一個(gè)內部比較器和一個(gè)多諧振蕩器組成，來(lái)獨立檢測和控制輸出電流，如圖2所示。

圖2 PWM電流控制電路

當電橋導通時(shí)，電機線(xiàn)圈中電流開(kāi)始增大，電流通過(guò)外部檢測電阻產(chǎn)生的檢測電壓也在增大。當檢測電壓達到比較器輸入端設定電壓值時(shí)，線(xiàn)圈中電流ITRIP=VREF/10RS，這時(shí)比較器觸發(fā)單穩態(tài)關(guān)閉電橋的源驅動(dòng)。內部邏輯和轉換開(kāi)關(guān)的延遲(td)典型值為2μs，這種延遲會(huì )導致實(shí)際負載電流峰值稍高于理論值。當電橋關(guān)閉后，電機電流開(kāi)始衰減，通過(guò)地鉗位二極管和接收晶體管回流。源驅動(dòng)關(guān)閉時(shí)間toff由單穩態(tài)的外部RC決定，toff=RTCT，一般RT取值范圍在20～100kΩ，CT取值范圍在100～1000pf。PWM輸出電流波形見(jiàn)圖3，負載電流路徑見(jiàn)圖4。

圖3 PWM輸出電流波形

圖4 負載電流路徑

芯片5腳和9腳外接電阻RT和電容CT，RT和CT組成的RC電路產(chǎn)生固定頻率信號，作為內部單穩多諧振蕩器的振蕩源，該振蕩器和比較器共同作用將采樣的電流大小反應到源輸出端。當電流值達到理論設定值時(shí)，源輸出端變?yōu)闊o(wú)效，當電流值小于理論設定值時(shí)，源輸出端變?yōu)橛行?。其中RC參數選擇比較重要，設計時(shí)往往會(huì )忽略其參數要求。如使用不當，會(huì )引起芯片燒壞，或發(fā)出噪聲等異?，F象。

實(shí)際電路設計應用中，對RT和CT參數取值容易忽略，RT取值精度應不低于1%，CT應選用NPO類(lèi)型和精度不低于5%的電容，這樣可以有效固定toff時(shí)間，達到電流的最佳控制。而采樣電阻取值大小決定了步進(jìn)電機線(xiàn)圈電流的大小，電阻大了，則線(xiàn)圈電流太小，步進(jìn)電機驅動(dòng)無(wú)力；電阻小了，則線(xiàn)圈電流太大，會(huì )燒壞步進(jìn)電機線(xiàn)圈。UDN2916LB最大輸出電流Ioutput=0.75A。

假設采樣電阻Rs使用1.0Ω高精度電阻，參考電壓取最大為5V時(shí)，要求最大輸出電流IOUTPUT=VREF/(10