基于SMA7029M多芯片模塊的步進電機驅動設計

步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行設備，是現代機電一體化產品中的關鍵部件之一。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、無累積誤差、控制簡單等特點廣泛應用于數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等機電一體化產品。相應的步進電機驅動器也得到了快速的發(fā)展和改進。但是目前在工業(yè)應用中，多數驅動器體積較大，通用性不強，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多芯片模塊設計步進電機的驅動電路，為步進電機提供穩(wěn)定的輸出電流，并通過試驗和實際使用驗證了其通用性強、控制簡單、可靠性高的特性。

1 步進電機特點及驅動
步進電機受脈沖電流控制，每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。轉子的角位移正比于輸入脈沖的數量，轉子的角速度正比于輸入脈沖的頻率，轉子的旋轉方向取決于定子繞組的通電順序。在使用過程中步進電機有一定的步距誤差，但沒有累計誤差。若維持控制繞組的電流不變，則步進電機就可停在某一位置不動。其按力矩產生的原理可分為反應式步進電機和激磁式步進電機。按輸出力矩大小可分為伺服式步進電機和功率式步進電機。
由于步進電機是屬于感性器件，感抗與其輸入頻率是成正比。假設步進電機的轉速增加，其感抗也會增大。該狀態(tài)下流入電機線圈的電流就會減小，電機的輸出扭力達不到要求輸出，嚴重的情況下會造成電機失步或者電機只振動不轉。這就要求其驅動電路能夠提供穩(wěn)定的輸出電流，使步進電機具有穩(wěn)定的轉動。一般設計中步進電機驅動都用采用三極管或者是用ULN2803IC等來驅動，這些驅動在實驗板或一些轉速不高、帶動負載小的應用場所使用比較合適，在實際工作設計中遠遠達不到所需要求。針對這些問題，各大公司陸續(xù)推出了專用的步進電機驅動芯片，簡化其驅動設計。Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊就是一款性能使用簡單控制優(yōu)良的步進電機控制模塊，該多芯片模塊能為步進電機提供穩(wěn)定的輸出電流，使電機能夠穩(wěn)定的轉動。

2 步進電機驅動設計
SMA7029M是專為高效率、高性能的兩相單極步進電機設計的多芯片模塊，它采用功率FET技術和單片邏輯控制電路對完成步進電機的運動控制。同一系列的還有SLA7024M和SLA7026M，三個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結構及驅動設計
SMA7029M內部主要包含電流峰值檢測部分，PWM關閉時間控制部分，電機邏輯控制部分，輸出電流及回流電流控制部分，如圖1所示。其工作過程主要是通過電流采樣，通過峰值檢測電路得到當前最大電流，根據其結果控制PWM工作時間，最終達到控制整個芯片組輸出電流的目的。