四相步進電機正弦波驅(qū)動器STK672-080及其應用
關(guān)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(qū)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(nèi)部的微步距控制器和一個單極性的恒流PWM系統(tǒng)。STK672-080內(nèi)部提供的4相步進電動機分配控制器可獲得準正弦波驅(qū)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(zhuǎn)、低振動水平、低噪音、快速響應和高效驅(qū)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(qū)動、復印機送紙和光學系統(tǒng)步進電動機驅(qū)動、激光打印機鼓驅(qū)動、打印機臺架步進電動機驅(qū)動、X-Y繪圖儀筆驅(qū)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(qū)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；
*利用M3端的邏輯電平可選擇時鐘信號上升沿起作用或時鐘信號上升沿和下降沿都起作用；
*CLK輸入端內(nèi)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(nèi)部中帶有電流傳感電阻（0.15Ω）；
*內(nèi)含最小驅(qū)動損耗的MOSFET，耐壓為100V；
*電動機輸出最大驅(qū)動電流IOH為2.8A（結(jié)溫Tc=105℃）;
*采用特殊的SIP15單列直插式形式。
2 結(jié)構(gòu)原理與引腳功能
STK672-080內(nèi)部由控制和功率部分組成。功率級有4個MOSFET，并按低側(cè)驅(qū)動方式工作，其中A相和B相內(nèi)部有電流傳感內(nèi)阻和比較器，可用來實現(xiàn)相電流的PWM控制?？刂撇糠值年P(guān)鍵是有電流分配比開關(guān)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(nèi)部結(jié)構(gòu)?，F(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(nèi)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(zhuǎn)向設定端。當CWB為高時，電動機旋轉(zhuǎn)方向為順時針；當CWB為低時，電動機旋轉(zhuǎn)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(guān)閉。在這個模態(tài)中，系統(tǒng)時鐘和其它輸入均無效。
M1，M2和M3：用于選擇激勵方式和CLK輸入邊緣作用，內(nèi)有上拉電阻（典型值20kΩ）和CMOS施密特觸發(fā)器電路。表1是M1、M2和M3的操作真值表。圖2為其操作時序。
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(guān)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(qū)動輸出，也可分別用于驅(qū)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(nèi)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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