一種基于PMM8731和SI-7300的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1　PMM8713的功能特點(diǎn)

PMM8713是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。PMM8713在控制二相或四相步進(jìn)電機(jī)時(shí)都可選擇三種勵(lì)磁方式(1相勵(lì)磁，2相勵(lì)磁，1-2相勵(lì)磁三種勵(lì)磁方式之一)，每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級(jí)功率放大器的要求，而且在所有輸入端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強(qiáng)，其原理框圖如圖1所示。

在PMM8713的內(nèi)部電路中，時(shí)鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法的連線方式如圖2(a)所示，其中CP、CU兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸入法時(shí)，其連線方式如圖2(b)所示，該圖中的CK為時(shí)鐘脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向由U/D的高、低電位決定。

片中的激勵(lì)方式控制電路用來選擇采用何種勵(lì)磁方式。激勵(lì)方式判斷電路用于輸出檢測(cè);而可逆環(huán)形計(jì)數(shù)器則用于產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵(lì)磁方式下的各相通斷時(shí)序信號(hào)。

2 SI-7300A的結(jié)構(gòu)及功率驅(qū)動(dòng)原理

SI-7300A是日本三肯公司生產(chǎn)的高性能步進(jìn)電機(jī)集成功率放大器。該器件為單極性四相驅(qū)動(dòng)，采用SIP18封裝，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)級(jí)電路可分為電壓和電流兩種驅(qū)動(dòng)方式，電壓驅(qū)動(dòng)方式有串聯(lián)電阻驅(qū)動(dòng)和雙電壓驅(qū)動(dòng)兩種，其中串聯(lián)電阻驅(qū)動(dòng)在相繞組中串聯(lián)了一定阻值和功率的電阻。為了維持步進(jìn)電機(jī)的相電流，通常要提高驅(qū)動(dòng)繞組的相電壓，因此繞組串聯(lián)電阻驅(qū)動(dòng)方式效率較低，但方法簡(jiǎn)單，成本低，故在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中使用較多。雙電壓驅(qū)動(dòng)在每相繞組導(dǎo)通時(shí)，首先施加高電壓VH使電流快速上升，當(dāng)電壓上升到規(guī)定幅值時(shí)，將高電壓VH切斷，此時(shí)，回路以低電壓VL維持，電路驅(qū)動(dòng)效率可大大提高，但因采用高低兩種驅(qū)動(dòng)電源，且電源切換的控制電路比較復(fù)雜，因而較少采用。電流驅(qū)動(dòng)方式最常用的是PWM恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路，也是專用集成電路中最常用的能獲得高性能的驅(qū)動(dòng)方式，其中一相的等效電路圖如圖4所示。步進(jìn)電機(jī)使用較高電壓的電源時(shí)，繞組電流幾乎可以近似直線地上升到預(yù)定值，此時(shí)由流過RS的檢測(cè)電流去控制一個(gè)斬波控制電路即可關(guān)斷T1，從而使繞組電流在續(xù)流回路(L、D1、T2、RS、)中續(xù)流并下降。當(dāng)電流下降到規(guī)定時(shí)間后(達(dá)到某一電流)由脈沖電路產(chǎn)生脈沖至斬波控制電路可使T1接通，如此反復(fù)(由T1的反復(fù)開關(guān))對(duì)繞組電流進(jìn)行斬波控制，就可使電流平均值趨于恒定。外接穩(wěn)壓二極管D2、D3可用作嵌位保護(hù)和內(nèi)部集成續(xù)流回路(外接檢測(cè)電阻RS)，從而避免T1開關(guān)所引起的尖峰感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所造成的尖峰電壓T1的危害。

3　在步進(jìn)電機(jī)中應(yīng)用

步進(jìn)電機(jī)是常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它用脈沖頻率控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而用脈沖的數(shù)目來決定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。由于拖動(dòng)負(fù)載大小不同，因此，僅僅接上電源是無法工作的，而必須接上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器才能工作。驅(qū)動(dòng)器的輸出可為電機(jī)各相提供相應(yīng)通電順序的勵(lì)磁電流。實(shí)際上，步進(jìn)電機(jī)的工作性能在很大程度上取決于所使用的驅(qū)動(dòng)電路的類型和參數(shù)。步進(jìn)電機(jī)可分為PM型、VR型和HB型三種。其相數(shù)有兩相，三相、四相、五相、六相等，常用的有兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。

由SI—7300A、PMM8713和80C51構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示，圖中，PD端為SI—7300A輸出電流IO的控制端，可以懸空或接高電平，當(dāng)接高電平時(shí)可以適當(dāng)提高SI—7300A的輸出電流IO。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度可通過80C51的鍵盤輸入，同時(shí)通過軟件可編程控制并行I/O 口P1.0和P1.1，以輸出相應(yīng)頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)采用42BYG009型時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓為24V，此時(shí)該功率驅(qū)動(dòng)電路的矩頻特性如圖6所示。

4　結(jié)束語(yǔ)

該步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路可廣泛應(yīng)用于功率較小的機(jī)電設(shè)備中，適合于驅(qū)動(dòng)電流小于1.5A的混合式兩相、四相步進(jìn)電機(jī)。使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況采用兩相或四相輸出。實(shí)際上，PMM8713也可通過單片機(jī)并用軟件編程來控制，但不宜用于控制要求比較精確的控制系統(tǒng)。