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UDN2916LB步進(jìn)電機(jī)控制芯片原理及應(yīng)用
UDN2916LB步進(jìn)電機(jī)控制芯片原理及應(yīng)用
 更新時(shí)間:2008-7-27 16:30:40  點(diǎn)擊數(shù):3
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UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款兩相步進(jìn)電機(jī)雙極驅(qū)動(dòng)集成電路,能夠驅(qū)動(dòng)雙繞組雙極步進(jìn)電機(jī),特別適用于目前國(guó)內(nèi)稅控市場(chǎng)雙步進(jìn)微型打印機(jī)電機(jī)的控制。

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

圖1 UDN2916LB內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(cè)電阻(RS)、一個(gè)內(nèi)部比較器和一個(gè)多諧振蕩器組成,來(lái)獨(dú)立檢測(cè)和控制輸出電流,如圖2所示。

圖2 PWM電流控制電路

當(dāng)電橋?qū)〞r(shí),電機(jī)線圈中電流開(kāi)始增大,電流通過(guò)外部檢測(cè)電阻產(chǎn)生的檢測(cè)電壓也在增大。當(dāng)檢測(cè)電壓達(dá)到比較器輸入端設(shè)定電壓值時(shí),線圈中電流ITRIP=VREF/10RS,這時(shí)比較器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)關(guān)閉電橋的源驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部邏輯和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的延遲(td)典型值為2μs,這種延遲會(huì)導(dǎo)致實(shí)際負(fù)載電流峰值稍高于理論值。當(dāng)電橋關(guān)閉后,電機(jī)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(qū)動(dòng)關(guān)閉時(shí)間toff由單穩(wěn)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(fù)載電流路徑見(jiàn)圖4。

圖3 PWM輸出電流波形

圖4 負(fù)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(hào),作為內(nèi)部單穩(wěn)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(yīng)到源輸出端。當(dāng)電流值達(dá)到理論設(shè)定值時(shí),源輸出端變?yōu)闊o(wú)效,當(dāng)電流值小于理論設(shè)定值時(shí),源輸出端變?yōu)橛行АF渲蠷C參數(shù)選擇比較重要,設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)忽略其參數(shù)要求。如使用不當(dāng),會(huì)引起芯片燒壞,或發(fā)出噪聲等異常現(xiàn)象。

實(shí)際電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中,對(duì)RT和CT參數(shù)取值容易忽略,RT取值精度應(yīng)不低于1%,CT應(yīng)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(dá)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(jī)線圈電流的大小,電阻大了,則線圈電流太小,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)無(wú)力;電阻小了,則線圈電流太大,會(huì)燒壞步進(jìn)電機(jī)線圈。UDN2916LB最大輸出電流Ioutput=0.75A。

假設(shè)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×RS)=5/(10×1)=0.5A。電阻功率P=I2R=0.5×0.5×1=0.25W<0.5W。因此,采樣電阻Rs功率用0.5W就夠了。

輸出電流的邏輯控制

兩個(gè)輸入邏輯信號(hào)(l0和I1)用于選擇電機(jī)線圈電流,可設(shè)定為最大電流的100%、67%、33%或0%。0%的輸出電流值說(shuō)明電橋關(guān)閉了所有驅(qū)動(dòng),并且也作為一個(gè)輸出特性。電流控制真值表見(jiàn)表1。

表1

減少和分散功耗

UDN2916LB電路設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮熱設(shè)計(jì),因?yàn)轵?qū)動(dòng)IC消耗的大部分能量主要為在突變關(guān)閉期間馬達(dá)再生電流造成,馬達(dá)產(chǎn)生的再生電流流過(guò)電流檢測(cè)電阻和地鉗制二極管重新流回馬達(dá),產(chǎn)生的電壓跌落引起了能量消耗,地鉗位二極管上的瞬時(shí)電壓(VF)出現(xiàn)了最大的跌落,產(chǎn)生了主要的功耗。

設(shè)計(jì)電路時(shí),如果在驅(qū)動(dòng)IC輸出端外加肖特基二極管,并且只要這些肖特基二極管的VF特性值比內(nèi)部地鉗位二極管小,馬達(dá)產(chǎn)生的再生電流將會(huì)有一部分從外部肖特基二極管重新回流到馬達(dá),使流經(jīng)驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部的電流減少,降低了驅(qū)動(dòng)IC的功耗,反過(guò)來(lái)也就提高了熱性能。電路如圖5所示。

圖5 采用肖特基二極管提高熱性能的電路

電路及地的布線圖示例

由于UDN2916LB是一種斬波式電源驅(qū)動(dòng)IC,設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意周?chē)氐牟季。可獨(dú)立作為模擬地和數(shù)字地單點(diǎn)連接,也可用低阻抗的大面積敷銅板做為地,如圖6所示。

圖6 電路及地的布線圖示例

應(yīng)用電路

圖7是UDN2916LB的應(yīng)用電路。

圖7 UDN2916LB應(yīng)用電路

圖7電路中所使用的器件參數(shù)如下。

IC:UDN2916LB
C1:100μF/35V
C2:0.1μF
C3:470pF,NPO
C4:470pF,NPO
C5:4700pF
C6:4700pF
R1:56kΩ(1%) 
R2:56kΩ(1%)
R3:12kΩ
R4:1kΩ
R5:1kΩ
R6:1.43Ω(1%),1W
R7:1.43Ω(1%),1W
D1:11EQS06(肖特基二極管,2A)
D2:11EQS06(肖特基二極管,2A)
D3:11EQS06(肖特基二極管,2A)
D4:11EQS06(肖特基二極管,2A)

流經(jīng)馬達(dá)的工作電流理論設(shè)定值=5/(10×1.43)=350MA。正常控制輸出電流波形見(jiàn)圖8。圖中的方波1是電機(jī)的相位波形,波形2是流經(jīng)馬達(dá)的工作電流。流經(jīng)馬達(dá)的工作電流實(shí)測(cè)值=71×5MA=355MA。實(shí)測(cè)值和理論設(shè)定值基本吻合,滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 正常控制輸出電流波形

<!--開(kāi)始插入圖片--><!--admin20060314115217.gifadmin20060314115229.gifadmin20060314115241.gifadmin20060314115254.gifadmin20060314115303.gifadmin20060314115314.gifadmin20060314115607.gifadmin20060314121459.gifadmin20060314121511.gif--><!--結(jié)束插入圖片-->

 
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