基于辦公自動化設(shè)備的高能效步進電機驅(qū)動器方案

電機的應(yīng)用非常廣泛，遍及人們工作及生活的各個領(lǐng)域，如打印機、復(fù)印機、傳真機、投影儀、電冰箱、洗衣機、空調(diào)、燃氣灶、照相機、ATM機、電動縫紉機、保安攝像機、自動售貨機、熱水供應(yīng)系統(tǒng)、園林灌溉系統(tǒng)及工業(yè)自動化等。本文探討了步進電機驅(qū)動的常見挑戰(zhàn)，并重點介紹針對辦公自動化設(shè)備應(yīng)用的高能效步進電機驅(qū)動器方案。

0引言

在節(jié)能越來越受重視的當今，高能效的驅(qū)動電機顯得尤為重要。從類型上看，電機包括交流電機、直流有刷電機、直流無刷電機、永磁同步電機、伺服電機和步進電機等。其中，步進電機采用脈沖工作，也稱作數(shù)字電機或脈沖電機。

步進電機的旋轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)量成正比，速度則與脈沖頻率成正比，可通過控制脈沖數(shù)量來精確控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，使其非常適合于定位應(yīng)用。本文將探討步進電機驅(qū)動的常見挑戰(zhàn)，并重點介紹針對辦公自動化設(shè)備應(yīng)用的高能效步進電機驅(qū)動器方案。

1步進電機驅(qū)動應(yīng)用的常見挑戰(zhàn)

電機驅(qū)動器能用于多種不同的應(yīng)用。設(shè)計工程師在設(shè)計中使用電機驅(qū)動器時面對一些共通的挑戰(zhàn)。首先，當今的大多數(shù)設(shè)計都要求電機驅(qū)動應(yīng)用及相關(guān)電機驅(qū)動IC和元件提供低能耗和高能效。例如，在如果風扇驅(qū)動器電路板位于密封殼體內(nèi)部，就會產(chǎn)生熱量，要求額外的能耗來將它冷卻。因此，就需要使用內(nèi)置風扇在內(nèi)部環(huán)流冷風，以減少熱量并管理散熱。故工程師可能會要求低功率損耗，同時還要求強大、具備高能效冷卻功能的電機。

圖1電機驅(qū)動器應(yīng)用示例及其常見挑戰(zhàn)

其次，從終端用戶角度來講，極需要降低電機產(chǎn)生的噪聲，以避免造成不適的感覺。設(shè)計人員還必須能夠補償系統(tǒng)中的任何外部噪聲或振動。再次，無論是因為居住空間有限或是用戶偏好，消費者對緊湊型方案的需求高是一項普通的消費趨勢。這趨勢導(dǎo)致更小尺寸及低噪聲的電機更受偏好，但這在嘗試補償其它設(shè)計要求時并不總是具有可能性。

值得注意的是，由于要求高壓電源來驅(qū)動白家電及工業(yè)等應(yīng)用，電機及電機驅(qū)動器的耐用性及安全性至關(guān)重要。更不用說工程師需要選擇能夠精確控制速度的可靠電機。

2永磁型和混合型步進電機的工作原理

步進電機常用于精密控制應(yīng)用，并采用像微步進的技術(shù)來減輕電機振動。圖2顯示了永磁型步進電機及混合型步進電機的工作原理圖解。步進電機以數(shù)字脈沖形式工作，通常稱作同步電機或脈沖電機。步進電機通過導(dǎo)通及關(guān)閉MOSFET來控制轉(zhuǎn)動。

圖2永磁型及混合型步進電機的工作原理圖

以圖2左側(cè)為例，當電流流過MOSFET開關(guān)OUT1和OUT2時，永磁轉(zhuǎn)子的位置如左圖所示?？刂芆UT1、2、3及4的電流，就可以控制轉(zhuǎn)子位置。轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)量成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖的頻率成正比。您可以藉控制脈沖數(shù)量來精密地控制轉(zhuǎn)子位置，使其適合于定位。

3步進電機及驅(qū)動器產(chǎn)品設(shè)計

如前所述，步進電機的應(yīng)用非常廣泛，如在ATM自動柜員機中用于進鈔控制及存折卷入等功能，又如在自動售賣機中用于貨品移動，以及在老虎機中用于輪盤旋轉(zhuǎn)等。本文討論的重點是針對辦公自動化應(yīng)用的步進電機及驅(qū)動器，典型產(chǎn)品有如打印機及掃描儀。通常情況下，進紙、紙托盤及掃描等功能可能使用到步進電機，用于位置控制。

圖3步進電機及驅(qū)動器在常見辦公自動化設(shè)備中的應(yīng)用示例

如圖3所示，步進電機精確地將紙從A點移到B點。如果終端用戶的首要要求是靜音驅(qū)動，那么就適宜采用低振動的微步步進電機。在這類應(yīng)用中，步進電機及直流無刷電機用于將墨帶壓到紙上。要求采用步進電機來在需要定位的地方調(diào)節(jié)墨帶對紙的壓力。而在臺式掃描儀等設(shè)備中，設(shè)計人員選擇具備定位功能、低振動及電機旋轉(zhuǎn)控制范圍的電機

4 LV8702高能效步進電機驅(qū)動器的特性、優(yōu)勢及應(yīng)用示例

目前，多種電子產(chǎn)品中使用的步進電機能效較低，成為業(yè)界關(guān)注的一項焦點，也為電源系統(tǒng)設(shè)計工程師帶來了挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體推出的LV8702高能效步進電機驅(qū)動IC克服這些挑戰(zhàn)，提供獨特的驅(qū)動系統(tǒng)，幫助節(jié)省電機的空載能耗，且提供多重應(yīng)用優(yōu)勢。