步進電機控制芯片UDN2916LB原理及應用

UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款兩相步進電機雙極驅動集成電路，能夠驅動雙繞組雙極步進電機，特別適用于目前國內稅控市場雙步進微型打印機電機的控制。

UDN2916LB適用的電機電壓范圍為10～45V，邏輯電壓不能超過7V；通過內部脈寬調制控制器(PWM)可實現(xiàn)最大750mA的輸出電流；內置1/3和2/3分割器；邏輯輸入實現(xiàn)1相/2相/W1-2phase激勵模式；內置過熱和交叉電流保護功能；集成鉗位二極管；內置防止低壓誤操作等保護功能。UDN2916LB內部結構如圖所示，芯片有兩組電路構成，每組電路由PWM控制器、電橋及輔助電路組成。

圖1 UDN2916LB內部結構框圖

PWM電流控制電路

每個PWM控制器由一組電橋、一個外部檢測電阻(RS)、一個內部比較器和一個多諧振蕩器組成，來獨立檢測和控制輸出電流，如圖2所示。

圖2 PWM電流控制電路

當電橋導通時，電機線圈中電流開始增大，電流通過外部檢測電阻產生的檢測電壓也在增大。當檢測電壓達到比較器輸入端設定電壓值時，線圈中電流ITRIP=VREF/10RS，這時比較器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)關閉電橋的源驅動。內部邏輯和轉換開關的延遲(td)典型值為2μs，這種延遲會導致實際負載電流峰值稍高于理論值。當電橋關閉后，電機電流開始衰減，通過地鉗位二極管和接收晶體管回流。源驅動關閉時間toff由單穩(wěn)態(tài)的外部RC決定，toff=RTCT，一般RT取值范圍在20～100kΩ，CT取值范圍在100～1000pf。PWM輸出電流波形見圖3，負載電流路徑見圖4。

圖3 PWM輸出電流波形

圖4 負載電流路徑

芯片5腳和9腳外接電阻RT和電容CT，RT和CT組成的RC電路產生固定頻率信號，作為內部單穩(wěn)多諧振蕩器的振蕩源，該振蕩器和比較器共同作用將采樣的電流大小反應到源輸出端。當電流值達到理論設定值時，源輸出端變?yōu)闊o效，當電流值小于理論設定值時，源輸出端變?yōu)橛行?。其中RC參數(shù)選擇比較重要，設計時往往會忽略其參數(shù)要求。如使用不當，會引起芯片燒壞，或發(fā)出噪聲等異?，F(xiàn)象。

實際電路設計應用中，對RT和CT參數(shù)取值容易忽略，RT取值精度應不低于1%，CT應選用NPO類型和精度不低于5%的電容，這樣可以有效固定toff時間，達到電流的最佳控制。而采樣電阻取值大小決定了步進電機線圈電流的大小，電阻大了，則線圈電流太小，步進電機驅動無力；電阻小了，則線圈電流太大，會燒壞步進電機線圈。UDN2916LB最大輸出電流Ioutput=0.75A。

假設采樣電阻Rs使用1.0Ω高精度電阻，參考電壓取最大為5V時，要求最大輸出電流IOUTPUT=VREF/(10