基于PMM8731和SI-7300的步進電機驅動電路

PMM8731是日本三洋電機公司生產的步進電機脈沖分配器。而SI-7300則是日本三青公司生產的高性能步進電機集成功率放大器。它們和單片機一起可構成一種高效電機控制驅動電路。文中介紹了PMM8713與SI-7300的功能，給出了由它們組成的功率驅動電路及其在步進電機上的應用方法。

１　ＰＭＭ８７１３的功能特點

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

在ＰＭＭ８７１３的內部電路中，時鐘選通部分用于設定步進電機的正反轉脈沖輸入法。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兩端分別輸入步進電機正反轉的控制脈沖。當采用單脈沖輸入法時，其連線方式如圖２（ｂ）所示，該圖中的ＣＫ為時鐘脈沖輸入，步進電機的正反轉方向由Ｕ／Ｄ的高、低電位決定。

片中的激勵方式控制電路用來選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環形計數器則用于產生步進電機在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號。

２ ＳＩ－７３００Ａ的結構及功率驅動原理

ＳＩ－７３００Ａ是日本三肯公司生產的高性能步進電機集成功率放大器。該器件為單極性四相驅動，采用ＳＩＰ１８封裝，其結構框圖如圖３所示。

步進電機功率驅動級電路可分為電壓和電流兩種驅動方式，電壓驅動方式有串聯電阻驅動和雙電壓驅動兩種，其中串聯電阻驅動在相繞組中串聯了一定阻值和功率的電阻。為了維持步進電機的相電流，通常要提高驅動繞組的相電壓，因此繞組串聯電阻驅動方式效率較低，但方法簡單，成本低，故在實際驅動電路中使用較多。雙電壓驅動在每相繞組導通時，首先施加高電壓ＶＨ使電流快速上升，當電壓上升到規定幅值時，將高電壓ＶＨ切斷，此時，回路以低電壓ＶＬ維持，電路驅動效率可大大提高，但因采用高低兩種驅動電源，且電源切換的控制電路比較復雜，因而較少采用。電流驅動方式最常用的是ＰＷＭ恒流斬波驅動電路，也是專用集成電路中最常用的能獲得高性能的驅動方式，其中一相的等效電路圖如圖４所示。步進電機使用較高電壓的電源時，繞組電流幾乎可以近似直線地上升到預定值，此時由流過ＲＳ的檢測電流去控制一個斬波控制電路即可關斷Ｔ１，從而使繞組電流在續流回路（Ｌ、Ｄ１、Ｔ２、ＲＳ、）中續流并下降。當電流下降到規定時間后（達到某一電流）由脈沖電路產生脈沖至斬波控制電路可使Ｔ１接通，如此反復（由Ｔ１的反復開關）對繞組電流進行斬波控制，就可使電流平均值趨于恒定。外接穩壓二極管Ｄ２、Ｄ３可用作嵌位保護和內部集成續流回路（外接檢測電阻ＲＳ），從而避免Ｔ１開關所引起的尖峰感應電動勢所造成的尖峰電壓Ｔ１的危害。

３　在步進電機中應用

步進電機是常用的執行機構，它用脈沖頻率控制轉動速度，而用脈沖的數目來決定轉動的角度。由于拖動負載大小不同，因此，僅僅接上電源是無法工作的，而必須接上相應的驅動器才能工作。驅動器的輸出可為電機各相提供相應通電順序的勵磁電流。實際上，步進電機的工作性能在很大程度上取決于所使用的驅動電路的類型和參數。步進電機可分為ＰＭ型、ＶＲ型和ＨＢ型三種。其相數有兩相，三相、四相、五相、六相等，常用的有兩相或四相混合式步進電機。

由ＳＩ—７３００Ａ、ＰＭＭ８７１３和８０Ｃ５１構成的步進電機驅動電路如圖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，當接高電平時可以適當提高ＳＩ—７３００Ａ的輸出電流ＩＯ。步進電機的旋轉方向和旋轉速度可通過８０Ｃ５１的鍵盤輸入，同時通過軟件可編程控制并行Ｉ／Ｏ 口Ｐ１．０和Ｐ１．１，以輸出相應頻率的脈沖來控制步進電機。步進電機采用４２ＢＹＧ００９型時，驅動電壓為２４Ｖ，此時該功率驅動電路的矩頻特性如圖６所示。

圖5

４　結束語

該步進電機功率驅動電路可廣泛應用于功率較小的機電設備中，適合于驅動電流小于１．５Ａ的混合式兩相、四相步進電機。使用時可根據實際情況采用兩相或四相輸出。實際上，ＰＭＭ８７１３也可通過單片機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。