四相步進(jìn)電機正弦波驅動(dòng)器STK672-080及其應用

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電動(dòng)機 厚膜混合集成電路 STK672-080微步距

1 STK672-080的主要特點(diǎn)

STK672-080是SANYO公司生產(chǎn)的一種步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)器厚膜混合集成電路，它的輸出級使用功率MOSFET組成，同時(shí)包含一個(gè)內部的微步距控制器和一個(gè)單極性的恒流PWM系統。STK672-080內部提供的4相步進(jìn)電動(dòng)機分配控制器可獲得準正弦波驅動(dòng)電流，從而使用戶(hù)應用更簡(jiǎn)單方便。它有五種激勵（通電）方式，可提供微步距控制以使步進(jìn)電動(dòng)機的基本步距角的最大紅分為1/16。STK672-080步時(shí)電機控制器的速度由時(shí)鐘信號控制。通過(guò)它可使用戶(hù)方便地實(shí)現高轉、低振動(dòng)水平、低噪音、快速響應和高效驅動(dòng)的自動(dòng)機控制系統。

圖1 STK672-080方塊圖

STK672-080的典型應用包括傳真機發(fā)送與接收步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)、復印機送紙和光學(xué)系統步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)、激光打印機鼓驅動(dòng)、打印機臺架步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)、X-Y繪圖儀筆驅動(dòng)、工業(yè)機械手以及其它步進(jìn)電動(dòng)的應用方面，其主要特點(diǎn)如下：

*只需外加個(gè)直流電源和一個(gè)時(shí)鐘脈沖發(fā)生器即可完成一個(gè)四相步進(jìn)電機正弦波電流驅動(dòng)。

*可通過(guò)三個(gè)輸入（M1，M2和M3）選擇五種激勵（通電）方式，包括：2相通電方式、1-2通電方式、W1-2相退方式、2W1-2相通電方式、4W1-2相通電方式等；

*在相通電方式切換時(shí)可保持原相電流不變；

*可用MOI腳作原點(diǎn)監視；

*利用M3端的邏輯電平可選擇時(shí)鐘信號上升沿起作用或時(shí)鐘信號上升沿和下降沿都起作用；

*CLK輸入端內含對外部脈沖噪音的故障防止線(xiàn)路；

*用參考電壓Vref能設置0～Vcc2/2之間的任何數值，即使低電流下也支持微步距操作；

*電源電壓范圍寬（Vcc1=10～45V）；

*內部中帶有電流傳感電阻（0.15Ω）；

*內含最小驅動(dòng)損耗的MOSFET，耐壓為100V；

*電動(dòng)機輸出最大驅動(dòng)電流IOH為2.8A（結溫Tc=105℃）;

*采用特殊的SIP15單列直插式形式。

2 結構原理與引腳功能

STK672-080內部由控制和功率部分組成。功率級有4個(gè)MOSFET，并按低側驅動(dòng)方式工作，其中A相和B相內部有電流傳感內阻和比較器，可用來(lái)實(shí)現相電流的PWM控制?？刂撇糠值年P(guān)鍵是有電流分配比開(kāi)關(guān)和準正弦波發(fā)生電路。STK672-080可由三個(gè)輸入邏輯來(lái)選擇通電方式，并由外接參考電壓Vref來(lái)設定最大電流值，以便在相電流PWM控制下得到相應的輸出電流波形。圖1所示是STK672-080內部結構?，F將其各主要引腳的功能說(shuō)明如下：

CLK：時(shí)鐘輸入。輸入頻率范圍可從直流到50kHz，最小脈沖寬度為10μs，占空比范圍為40～60%。此外，該端內部具有上拉電阻（典型值為20kΩ）、CMOS施密特觸發(fā)器電路和多級噪聲抑制電路。當M3為高或開(kāi)路時(shí)，電路會(huì )在每個(gè)CLK上升沿使相激勵前進(jìn)一步；而當M3為低時(shí)，CLK信號的上升和下降沿都可使相激勵前進(jìn)步，因此每一個(gè)CLK周期可使相激勵前進(jìn)兩步。

CWB：轉向設定端。當CWB為高時(shí)，電動(dòng)機旋轉方向為順時(shí)針；當CWB為低時(shí)，電動(dòng)機旋轉方向為逆時(shí)針。

ENABLE：ON/OFF狀態(tài)控制輸出端。當ENABLE端的電壓為高或開(kāi)路時(shí)，為正常狀態(tài)。當ENABLE為低時(shí)，電路處于維持狀態(tài)，此時(shí)相激勵輸出（電動(dòng)機電流）強制關(guān)閉。在這個(gè)模態(tài)中，系統時(shí)鐘和其它輸入均無(wú)效。

M1，M2和M3：用于選擇激勵方式和CLK輸入邊緣作用，內有上拉電阻（典型值20kΩ）和CMOS施密特觸發(fā)器電路。表1是M1、M2和M3的操作真值表。圖2為其操作時(shí)序。

RESET：復位端，低電平有效。

RESET腳為低電平時(shí)，所有電路復位到它們的起始狀態(tài)。此時(shí)，不管通電方式如何，輸出A和B相都置于它們的原點(diǎn)，即輸出電流約在71%處。

Vref：PWM恒流環(huán)控制參考電壓，用于根據需要控制負載電流的大小，通常Vref應限制在2.5V以下。此參考電壓對應于100%的電機激勵電流Ioh，其關(guān)系如下：

Ioh=Vref/（kRS）

式中，k可取4.7，Rs的值為0.15Ω時(shí)，Ioh為Vref/0.705。

MOI：原點(diǎn)監視引腳；

A，AB，B，BB：四相步進(jìn)電機正弦波驅動(dòng)輸出，也可分別用于驅動(dòng)二個(gè)兩相電動(dòng)機；

VCC2：電源引腳；

PG：器件接地端。

3 應用實(shí)例

圖3所示是STK672-080用于四相步進(jìn)電機的應用電路，圖中，參考電壓由Vcc經(jīng)電阻分壓得到，電阻R2取100Ω左右時(shí)可減少7腳輸入阻抗的影響。STK672-080的8、9、12腳接高電位時(shí)，為2W1-2相激勵方式。

表1 M1、M2和M3的工作真值表

圖4給出4W1-2相激勵方式下的各信號波形時(shí)序圖。這是最大紅分為1/16的4W1-2相通電方式波形。在這種方式下，它的相比較器的參考電壓波形接近正弦波。它在1/4周期內有16個(gè)微步，電流值有12個(gè)臺階值（具體如表2所列），這和正弦波理論值接近。因此，相電流輸出也是準正弦波。

表2 4W1-2相通電方式電流臺階值