基于TB6560的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
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步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。首先，通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；其次，通過控制脈沖頓率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到涮速的目的。目前，步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，常用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路常用的芯片有L297和L298組合應(yīng)用、3977、8435等，這些芯片一般單相驅(qū)動(dòng)電流在2 A左右，無法驅(qū)動(dòng)更大功率電機(jī)，限制了其應(yīng)用范圍。本文基于東芝公司2008年推出的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片TB6560提出了一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。
1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
1.1 TB6560簡(jiǎn)介
TB6560是東芝公司推出的低功耗、高集成兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。其主要特點(diǎn)有：內(nèi)部集成雙全橋MOSFET驅(qū)動(dòng)；最高耐壓40 V，單相輸出最大電流3.5 A(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16細(xì)分方式；內(nèi)置溫度保護(hù)芯片，溫度大于150℃時(shí)自動(dòng)斷開所有輸出；具有過流保護(hù)；采用HZIP25封裝。TB6560步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要包括3部分電路：控制信號(hào)隔離電路、主電路和自動(dòng)半流電路。
1.2步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)隔離電路
步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)隔離電路如圖1所示，步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)有3個(gè)(CLK、CW、ENABLE)，分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角和速度、電機(jī)正反方向以及使能，均須用光耦隔離后與芯片連接。光耦的作用有兩個(gè)：首先，防止電機(jī)干擾和損壞接口板電路；其次，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行整形。對(duì)CLK、CW信號(hào)，要選擇中速或高速光耦，保證信號(hào)耦合后不會(huì)發(fā)生滯后和畸變而影響電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且驅(qū)動(dòng)板能滿足更高脈沖頻率驅(qū)動(dòng)要求。本設(shè)計(jì)中選擇2片6N137高速光耦隔離CLK、CW，其信號(hào)傳輸速率可達(dá)到10 MHz，1片TLP521普通光耦隔離ENABLE信號(hào)。應(yīng)用時(shí)注意：光耦的同向和反向輸出接法；光耦的前向和后向電源應(yīng)該是單獨(dú)隔離電源，否則不能起到隔離干擾的作用。
1.3步進(jìn)電機(jī)主電路
如圖2所示，步進(jìn)電機(jī)主電路主要包括驅(qū)動(dòng)電路和邏輯控制電路兩大部分。
驅(qū)動(dòng)電路電源采用28 V，電壓范嗣為4.5～40 V，提高驅(qū)動(dòng)電壓可增大電機(jī)在高頻范圍轉(zhuǎn)矩的輸出，電壓選擇要根據(jù)使用情況而定。VMB、VMA為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源引腳，應(yīng)接入瓷片去耦電容和電解電容穩(wěn)壓。OUT_AP、OUT_AM、OUT_BP、OUT_BM引腳分別為電機(jī)2相輸出接口，由于內(nèi)部集成了續(xù)流二極管，這4個(gè)輸出口不用像東芝公司的8435驅(qū)動(dòng)芯片那樣外接二極管，從而極大地減小電路板的布線空間。NFA、NFB分別為電機(jī)A、B相最大驅(qū)動(dòng)電流定義引腳，最大電流計(jì)算公式為IOUT(A)=0.5(V)／RNF(Ω)，若預(yù)先定義電機(jī)每相的最大驅(qū)動(dòng)電流為2.5 A，取RNF=0.2 Ω，則PGNDA、PGNDB、SGND分別為電機(jī)A、B相驅(qū)動(dòng)引腳地和邏輯電源地。
邏輯控制電路電源為5 V，VDD為邏輯電源引腳，應(yīng)接入去耦電容和旁路電容減小干擾噪聲；M0、PROTECT為工作狀態(tài)和過流保護(hù)指示燈；RESET為芯片復(fù)位腳，低電平有效；OSC所接電容的大小決定了斬波器頻率，推薦100～1 000 pF，斬波頻率為400～44 kHz；M2、M1為細(xì)分設(shè)置引腳，外接撥碼開關(guān)可設(shè)定不同的細(xì)分值，如整步、半步、1／8細(xì)分、1／16細(xì)分。由于步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)，需要細(xì)分解決。
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