步進電機驅動電路管理論文

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摘要：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。

關鍵詞：PMM8731；SI-7300；步進電機；功率驅動電路

1PMM8713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。

2SI－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。