步進(jìn)電機(jī)控制芯片UDN2916LB原理及應(yīng)用

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?。其中RC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?，F(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