四相步進電機正弦波驅動器STK672-080及其應用
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關鍵詞：步進電動機 厚膜混合集成電路 STK672-080微步距
1 STK672-080的主要特點
STK672-080是SANYO公司生產(chǎn)的一種步進電動機驅動器厚膜混合集成電路，它的輸出級使用功率MOSFET組成，同時包含一個內部的微步距控制器和一個單極性的恒流PWM系統(tǒng)。STK672-080內部提供的4相步進電動機分配控制器可獲得準正弦波驅動電流，從而使用戶應用更簡單方便。它有五種激勵（通電）方式，可提供微步距控制以使步進電動機的基本步距角的最大紅分為1/16。STK672-080步時電機控制器的速度由時鐘信號控制。通過它可使用戶方便地實現(xiàn)高轉、低振動水平、低噪音、快速響應和高效驅動的自動機控制系統(tǒng)。
圖1 STK672-080方塊圖
STK672-080的典型應用包括傳真機發(fā)送與接收步進電動機驅動、復印機送紙和光學系統(tǒng)步進電動機驅動、激光打印機鼓驅動、打印機臺架步進電動機驅動、X-Y繪圖儀筆驅動、工業(yè)機械手以及其它步進電動的應用方面，其主要特點如下：
*只需外加個直流電源和一個時鐘脈沖發(fā)生器即可完成一個四相步進電機正弦波電流驅動。
*可通過三個輸入（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可保持原相電流不變；
*可用MOI腳作原點監(jiān)視；
*CLK輸入端內含對外部脈沖噪音的故障防止線路；
*用參考電壓Vref能設置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）；
*內部中帶有電流傳感電阻（0.15Ω）；
*內含最小驅動損耗的MOSFET，耐壓為100V；
*電動機輸出最大驅動電流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MOSFET，并按低側驅動方式工作，其中A相和B相內部有電流傳感內阻和比較器，可用來實現(xiàn)相電流的PWM控制。控制部分的關鍵是有電流分配比開關和準正弦波發(fā)生電路。STK672-080可由三個輸入邏輯來選擇通電方式，并由外接參考電壓Vref來設定最大電流值，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。現(xiàn)將其各主要引腳的功能說明如下：
CLK：時鐘輸入。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為高或開路時，電路會在每個CLK上升沿使相激勵前進一步；而當M3為低時，CLK信號的上升和下降沿都可使相激勵前進步，因此每一個CLK周期可使相激勵前進兩步。
CWB：轉向設定端。當CWB為高時，電動機旋轉方向為順時針；當CWB為低時，電動機旋轉方向為逆時針。
ENABLE：ON/OFF狀態(tài)控制輸出端。當ENABLE端的電壓為高或開路時，為正常狀態(tài)。當ENABLE為低時，電路處于維持狀態(tài)，此時相激勵輸出（電動機電流）強制關閉。在這個模態(tài)中，系統(tǒng)時鐘和其它輸入均無效。
RESET：復位端，低電平有效。
RESET腳為低電平時，所有電路復位到它們的起始狀態(tài)。此時，不管通電方式如何，輸出A和B相都置于它們的原點，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，其關系如下：
Ioh=Vref/（kRS）
式中，k可取4.7，Rs的值為0.15Ω時，Ioh為Vref/0.705。
MOI：原點監(jiān)視引腳；
A，AB，B，BB：四相步進電機正弦波驅動輸出，也可分別用于驅動二個兩相電動機；
VCC2：電源引腳；
PG：器件接地端。
3 應用實例
圖3所示是STK672-080用于四相步進電機的應用電路，圖中，參考電壓由Vcc經(jīng)電阻分壓得到，電阻R2取100Ω左右時可減少7腳輸入阻抗的影響。STK672-080的8、9、12腳接高電位時，為2W1-2相激勵方式。
表1 M1、M2和M3的工作真值表
| M2 | 0 | 0 | 1 | 1 | CLK輸入時鐘邊緣作用 | |
| 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相激勵方式下的各信號波形時序圖。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個微步，電流值有12個臺階值（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
| 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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