基于SMA7029M多芯片模塊的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行設(shè)備，是現(xiàn)代機(jī)電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件之一。它通常被用作定位控制和定速控制，以其慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等機(jī)電一體化產(chǎn)品。相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器也得到了快速的發(fā)展和改進(jìn)。但是目前在工業(yè)應(yīng)用中，多數(shù)驅(qū)動(dòng)器體積較大，通用性不強(qiáng)，往往要求外接多路電源，而且成本較高。文中介紹了采用Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，為步進(jìn)電機(jī)提供穩(wěn)定的輸出電流，并通過(guò)試驗(yàn)和實(shí)際使用驗(yàn)證了其通用性強(qiáng)、控制簡(jiǎn)單、可靠性高的特性。

1 步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)及驅(qū)動(dòng)
步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流控制，每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。轉(zhuǎn)子的角位移正比于輸入脈沖的數(shù)量，轉(zhuǎn)子的角速度正比于輸入脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子繞組的通電順序。在使用過(guò)程中步進(jìn)電機(jī)有一定的步距誤差，但沒(méi)有累計(jì)誤差。若維持控制繞組的電流不變，則步進(jìn)電機(jī)就可停在某一位置不動(dòng)。其按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和激磁式步進(jìn)電機(jī)。按輸出力矩大小可分為伺服式步進(jìn)電機(jī)和功率式步進(jìn)電機(jī)。
由于步進(jìn)電機(jī)是屬于感性器件，感抗與其輸入頻率是成正比。假設(shè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，其感抗也會(huì)增大。該狀態(tài)下流入電機(jī)線圈的電流就會(huì)減小，電機(jī)的輸出扭力達(dá)不到要求輸出，嚴(yán)重的情況下會(huì)造成電機(jī)失步或者電機(jī)只振動(dòng)不轉(zhuǎn)。這就要求其驅(qū)動(dòng)電路能夠提供穩(wěn)定的輸出電流，使步進(jìn)電機(jī)具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。一般設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)都用采用三極管或者是用ULN2803IC等來(lái)驅(qū)動(dòng)，這些驅(qū)動(dòng)在實(shí)驗(yàn)板或一些轉(zhuǎn)速不高、帶動(dòng)負(fù)載小的應(yīng)用場(chǎng)所使用比較合適，在實(shí)際工作設(shè)計(jì)中遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到所需要求。針對(duì)這些問(wèn)題，各大公司陸續(xù)推出了專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊就是一款性能使用簡(jiǎn)單控制優(yōu)良的步進(jìn)電機(jī)控制模塊，該多芯片模塊能為步進(jìn)電機(jī)提供穩(wěn)定的輸出電流，使電機(jī)能夠穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
SMA7029M是專為高效率、高性能的兩相單極步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的多芯片模塊，它采用功率FET技術(shù)和單片邏輯控制電路對(duì)完成步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。同一系列的還有SLA7024M和SLA7026M，三個(gè)芯片模塊不同主要是在輸出額定電流(1．5 A或3．0 A)和包裝樣式上。
2．1 SMA7029M結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
SMA7029M內(nèi)部主要包含電流峰值檢測(cè)部分，PWM關(guān)閉時(shí)間控制部分，電機(jī)邏輯控制部分，輸出電流及回流電流控制部分，如圖1所示。其工作過(guò)程主要是通過(guò)電流采樣，通過(guò)峰值檢測(cè)電路得到當(dāng)前最大電流，根據(jù)其結(jié)果控制PWM工作時(shí)間，最終達(dá)到控制整個(gè)芯片組輸出電流的目的。