基于PMM8731和SI-7300的步进电机驱动电路

摘要：PMM8731是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器。而SI-7300则是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器。它们和单片机一起可构成一种高效电机控制驱动电路。文中介绍了PMM8713与SI-7300的功能，给出了由它们组成的功率驱动电路及其在步进电机上的应用方法。

１　ＰＭＭ８７１３的功能特点

ＰＭＭ８７１３是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器。该器件采用ＤＩＰ１６封装，适用于二相或四相步进电机。ＰＭＭ８７１３在控制二相或四相步进电机时都可选择三种励磁方式（１相励磁，２相励磁，１－２相励磁三种励磁方式之一），每相最小的拉电流和灌电流为２０ｍＡ，它不但可满足后级功率放大器的要求，而且在所有输入端上均内嵌有施密特触发电路，抗干扰能力很强，其原理框图如图１所示。

在ＰＭＭ８７１３的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入法。ＰＭＭ８７１３有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和单脉冲输入法。采用双脉冲输入法的连线方式如图２（ａ）所示，其中ＣＰ、ＣＵ两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入法时，其连线方式如图２（ｂ）所示，该图中的ＣＫ为时钟脉冲输入，步进电机的正反转方向由Ｕ／Ｄ的高、低电位决定。

片中的激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。

２ ＳＩ－７３００Ａ的结构及功率驱动原理

ＳＩ－７３００Ａ是日本三肯公司生产的高性能步进电机集成功率放大器。该器件为单极性四相驱动，采用ＳＩＰ１８封装，其结构框图如图３所示。

步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式，电压驱动方式有串联电阻驱动和双电压驱动两种，其中串联电阻驱动在相绕组中串联了一定阻值和功率的电阻。为了维持步进电机的相电流，通常要提高驱动绕组的相电压，因此绕组串联电阻驱动方式效率较低，但方法简单，成本低，故在实际驱动电路中使用较多。双电压驱动在每相绕组导通时，首先施加高电压ＶＨ使电流快速上升，当电压上升到规定幅值时，将高电压ＶＨ切断，此时，回路以低电压ＶＬ维持，电路驱动效率可大大提高，但因采用高低两种驱动电源，且电源切换的控制电路比较复杂，因而较少采用。电流驱动方式最常用的是ＰＷＭ恒流斩波驱动电路，也是专用集成电路中最常用的能获得高性能的驱动方式，其中一相的等效电路图如图４所示。步进电机使用较高电压的电源时，绕组电流几乎可以近似直线地上升到预定值，此时由流过ＲＳ的检测电流去控制一个斩波控制电路即可关断Ｔ１，从而使绕组电流在续流回路（Ｌ、Ｄ１、Ｔ２、ＲＳ、）中续流并下降。当电流下降到规定时间后（达到某一电流）由脉冲电路产生脉冲至斩波控制电路可使Ｔ１接通，如此反复（由Ｔ１的反复开关）对绕组电流进行斩波控制，就可使电流平均值趋于恒定。外接稳压二极管Ｄ２、Ｄ３可用作嵌位保护和内部集成续流回路（外接检测电阻ＲＳ），从而避免Ｔ１开关所引起的尖峰感应电动势所造成的尖峰电压Ｔ１的危害。

３　在步进电机中应用

步进电机是常用的执行机构，它用脉冲频率控制转动速度，而用脉冲的数目来决定转动的角度。由于拖动负载大小不同，因此，仅仅接上电源是无法工作的，而必须接上相应的驱动器才能工作。驱动器的输出可为电机各相提供相应通电顺序的励磁电流。实际上，步进电机的工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和参数。步进电机可分为ＰＭ型、ＶＲ型和ＨＢ型三种。其相数有两相，三相、四相、五相、六相等，常用的有两相或四相混合式步进电机。

由ＳＩ—７３００Ａ、ＰＭＭ８７１３和８０Ｃ５１构成的步进电机驱动电路如图５所示，图中，ＰＤ端为ＳＩ—７３００Ａ输出电流ＩＯ的控制端，可以悬空或接高电平，当接高电平时可以适当提高ＳＩ—７３００Ａ的输出电流ＩＯ。步进电机的旋转方向和旋转速度可通过８０Ｃ５１的键盘输入，同时通过软件可编程控制并行Ｉ／Ｏ 口Ｐ１．０和Ｐ１．１，以输出相应频率的脉冲来控制步进电机。步进电机采用４２ＢＹＧ００９型时，驱动电压为２４Ｖ，此时该功率驱动电路的矩频特性如图６所示。

图5

４　结束语

该步进电机功率驱动电路可广泛应用于功率较小的机电设备中，适合于驱动电流小于１．５Ａ的混合式两相、四相步进电机。使用时可根据实际情况采用两相或四相输出。实际上，ＰＭＭ８７１３也可通过单片机并用软件编程来控制，但不宜用于控制要求比较精确的控制系统。