四相步進(jìn)電機(jī)正弦波驅(qū)動(dòng)器STK672-080及其應(yīng)用
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關(guān)鍵詞：步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 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(jī)驅(qū)動(dòng)器厚膜混合集成電路，它的輸出級(jí)使用功率MOSFET組成，同時(shí)包含一個(gè)內(nèi)部的微步距控制器和一個(gè)單極性的恒流PWM系統(tǒng)。STK672-080內(nèi)部提供的4相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分配控制器可獲得準(zhǔn)正弦波驅(qū)動(dòng)電流，從而使用戶應(yīng)用更簡(jiǎn)單方便。它有五種激勵(lì)（通電）方式，可提供微步距控制以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本步距角的最大紅分為1/16。STK672-080步時(shí)電機(jī)控制器的速度由時(shí)鐘信號(hào)控制。通過(guò)它可使用戶方便地實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)、低振動(dòng)水平、低噪音、快速響應(yīng)和高效驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
圖1 STK672-080方塊圖
STK672-080的典型應(yīng)用包括傳真機(jī)發(fā)送與接收步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、復(fù)印機(jī)送紙和光學(xué)系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、激光打印機(jī)鼓驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)臺(tái)架步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、X-Y繪圖儀筆驅(qū)動(dòng)、工業(yè)機(jī)械手以及其它步進(jìn)電動(dòng)的應(yīng)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(jī)正弦波電流驅(qū)動(dòng)。
*可通過(guò)三個(gè)輸入（M1，M2和M3）選擇五種激勵(lì)（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(jiān)視；
*利用M3端的邏輯電平可選擇時(shí)鐘信號(hào)上升沿起作用或時(shí)鐘信號(hào)上升沿和下降沿都起作用；
*CLK輸入端內(nèi)含對(duì)外部脈沖噪音的故障防止線路；
*用參考電壓Vref能設(shè)置0～Vcc2/2之間的任何數(shù)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(nèi)部中帶有電流傳感電阻（0.15Ω）；
*內(nèi)含最小驅(qū)動(dòng)損耗的MOSFET，耐壓為100V；
*電動(dòng)機(jī)輸出最大驅(qū)動(dòng)電流IOH為2.8A（結(jié)溫Tc=105℃）;
*采用特殊的SIP15單列直插式形式。
2 結(jié)構(gòu)原理與引腳功能
STK672-080內(nèi)部由控制和功率部分組成。功率級(jí)有4個(gè)MOSFET，并按低側(cè)驅(qū)動(dòng)方式工作，其中A相和B相內(nèi)部有電流傳感內(nèi)阻和比較器，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)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(shè)定最大電流值，以便在相電流PWM控制下得到相應(yīng)的輸出電流波形。圖1所示是STK672-080內(nèi)部結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)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(nèi)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(jí)噪聲抑制電路。當(dāng)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(lì)前進(jìn)一步；而當(dāng)M3為低時(shí)，CLK信號(hào)的上升和下降沿都可使相激勵(lì)前進(jìn)步，因此每一個(gè)CLK周期可使相激勵(lì)前進(jìn)兩步。
CWB：轉(zhuǎn)向設(shè)定端。當(dāng)CWB為高時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針；當(dāng)CWB為低時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。
ENABLE：ON/OFF狀態(tài)控制輸出端。當(dāng)ENABLE端的電壓為高或開(kāi)路時(shí)，為正常狀態(tài)。當(dāng)ENABLE為低時(shí)，電路處于維持狀態(tài)，此時(shí)相激勵(lì)輸出（電動(dòng)機(jī)電流）強(qiáng)制關(guān)閉。在這個(gè)模態(tài)中，系統(tǒng)時(shí)鐘和其它輸入均無(wú)效。
M1，M2和M3：用于選擇激勵(lì)方式和CLK輸入邊緣作用，內(nèi)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(fù)位端，低電平有效。
RESET腳為低電平時(shí)，所有電路復(fù)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(jù)需要控制負(fù)載電流的大小，通常Vref應(yīng)限制在2.5V以下。此參考電壓對(duì)應(yīng)于100%的電機(jī)激勵(lì)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(jiān)視引腳；
A，AB，B，BB：四相步進(jìn)電機(jī)正弦波驅(qū)動(dòng)輸出，也可分別用于驅(qū)動(dòng)二個(gè)兩相電動(dòng)機(jī)；
VCC2：電源引腳；
PG：器件接地端。
3 應(yīng)用實(shí)例
圖3所示是STK672-080用于四相步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)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(lì)方式。
表1 M1、M2和M3的工作真值表
| M2 | 0 | 0 | 1 | 1 | CLK輸入時(shí)鐘邊緣作用 | |
| M1 | 0 | 1 | 0 | 1 | ||
| M3 | 1 | 2相 | 1-2相 | W1-2相 | 2W1-2相 | 僅上升緣有效 |
| 0 | 1-2相 | W1-2相 | 2W1-2相 | 4W1-2相 | 上升和下降緣均都有效 | |
圖4給出4W1-2相激勵(lì)方式下的各信號(hào)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(nèi)有16個(gè)微步，電流值有12個(gè)臺(tái)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(zhǔn)正弦波。
表2 4W1-2相通電方式電流臺(tái)階值
| 微步數(shù) | 電流值（%） | 正弦波理論值（%） |
| 16 | 100 | 100.0 |
| 15 | 100 | 99.5 |
| 14 | 100 | 98.1 |
| 13 | 97 | 95.7 |
| 12 | 92 | 92.4 |
| 11 | 88 | 88.2 |
| 10 | 83 | 83.2 |
| 9 | 77 | 77.3 |
| 8 | 71 | 70.7 |
| 7 | 66 | 63.4 |
| 6 | 55 | 55.5 |
| 5 | 48 | 47.1 |
| 4 | 40 | 38.3 |
| 3 | 31 | 29.0 |
| 2 | 20 | 19.5 |
| 1 | 14 | 9.8 |
| 0 | 0 | 0 |
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