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步进电机控制芯片UDN2916LB原理及应用_西天在心

已有 813 次阅读2010-2-14 15:13

UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款两相步进电机双极驱动集成电路,能够驱动双绕组双极步进电机,特别适用于目前国内税控市场双步进微型打印机电机的控制。

UDN2916LB适用的电机电压范围为10～45V,逻辑电压不能超过7V;通过内部脉宽调制控制器(PWM)可实现最大750mA的输出电流;内置1/3和2/3分割器;逻辑输入实现1相/2相/W1-2phase激励模式;内置过热和交叉电流保护功能;集成钳位二极管;内置防止低压误操作等保护功能。UDN2916LB内部结构如图所示,芯片有两组电路构成,每组电路由PWM控制器、电桥及辅助电路组成。

图1 UDN2916LB内部结构框图

PWM电流控制电路

每个PWM控制器由一组电桥、一个外部检测电阻(RS)、一个内部比较器和一个多谐振荡器组成,来独立检测和控制输出电流,如图2所示。

图2 PWM电流控制电路

当电桥导通时,电机线圈中电流开始增大,电流通过外部检测电阻产生的检测电压也在增大。当检测电压达到比较器输入端设定电压值时,线圈中电流ITRIP=VREF/10RS,这时比较器触发单稳态关闭电桥的源驱动。内部逻辑和转换开关的延迟(td)典型值为2μs,这种延迟会导致实际负载电流峰值稍高于理论值。当电桥关闭后,电机电流开始衰减,通过地钳位二极管和接收晶体管回流。源驱动关闭时间toff由单稳态的外部RC决定,toff=RTCT,一般RT取值范围在20～100kΩ,CT取值范围在100～1000pf。PWM输出电流波形见图3,负载电流路径见图4。

图3 PWM输出电流波形

图4 负载电流路径

芯片5脚和9脚外接电阻RT和电容CT,RT和CT组成的RC电路产生固定频率信号,作为内部单稳多谐振荡器的振荡源,该振荡器和比较器共同作用将采样的电流大小反应到源输出端。当电流值达到理论设定值时,源输出端变为无效,当电流值小于理论设定值时,源输出端变为有效。其中RC参数选择比较重要,设计时往往会忽略其参数要求。如使用不当,会引起芯片烧坏,或发出噪声等异常现象。

实际电路设计应用中,对RT和CT参数取值容易忽略,RT取值精度应不低于1%,CT应选用NPO类型和精度不低于5%的电容,这样可以有效固定toff时间,达到电流的最佳控制。而采样电阻取值大小决定了步进电机线圈电流的大小,电阻大了,则线圈电流太小,步进电机驱动无力;电阻小了,则线圈电流太大,会烧坏步进电机线圈。UDN2916LB最大输出电流Ioutput=0.75A。

假设采样电阻Rs使用1.0Ω高精度电阻,参考电压取最大为5V时,要求最大输出电流IOUTPUT=VREF/(10×RS)=5/(10×1)=0.5A。电阻功率P=I2R=0.5×0.5×1=0.25W<0.5W。因此,采样电阻Rs功率用0.5W就够了。

输出电流的逻辑控制

两个输入逻辑信号(l0和I1)用于选择电机线圈电流,可设定为最大电流的100%、67%、33%或0%。0%的输出电流值说明电桥关闭了所有驱动,并且也作为一个输出特性。电流控制真值表见表1。