基于专用控制芯片的步进电机控制器
周雅莉
(北京机械工业学院，北京100085)
摘要：介绍以专用控制芯片PBD3517.PBL3770为核心构成的两相步进电机控制器的设计．主要涉及核心控制电路的构成、同步化的改进及驱动电路的并联使用，通过实验证明该控制器简单、实用。
关键词；步进电动机，专用控制芯片，控制器
中图分类号。TM383.6 文献标识码。A 文章编号：1001-6848(2000)03-0021-03
1 引 言
近年，随着电子器件和永磁材料的发展，步进电动机的研究、生产及应用保持着良好的发展势头，步进电动机系统已成为机电一体化元件和组件中应用广泛、产量较大的一个机种。步进电机控制器结构有多种形式，最初是采用分立元件组成的庞大而复杂的模拟控制电路，由于调试难度大，稳定性差，已逐渐被淘汰；以微机（单片机）为核心构成的数字控制电路调速控制功能强，但存在着逞算速度慢的缺陷，一般只适用于复杂的运行控制场合；新型电机控制专用芯片的出现，给步进电机控制器的设计带来极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定、组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强，特别适合于对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。
本文介绍以PBD3 517、PBL3770为核心构成的两相步进电机控制器的设计，主要涉及核心控制电路的构成、同步化的改进及驱动电路的并联使用。
2控制器电路
控制器电路构成图如图1所示，图中，PBD3 517是ERICSSON公司研制的步进电机控制器专用集成电路，其作用相当于一个环形脉冲分配器。其中DIR控制电机的转向，取1和取O时电机的转向相反。STEP为步进脉冲信号输入端，在每一个脉冲的下降沿，电机产生一步步进。HSM为半步或全步模式设置，HSM-O为半步运行模式，HSM=1为全步运行模式。INH为禁止信号端，INH=1关断所有输出。半步运行时A相及B相的零电流信号输出端，为集电级开路输出。PAi、PBi为A相及B相输出信号端，为集电级开路输出。PBD3 517输入和输出信号之间的时序关系如图2所示。
PBL3770为H桥的脉频调制型开关放大器，电动机绕组外接于桥的输出端MA、MB，当输入逻辑的相位控制端phase为“1”时，电流从桥路输出端MA经绕组流向MB，当phase为“0”时，电流从MB流向MA。Io .Ii的逻辑状态控制电动机绕组电流的大小。Io/l一00时，获得********的电流，k，1—10时，获得百分之60的电流，获得百分之20的电流，/o/l一11时，电动机电流为0。电流的具体数值由VR及Rs决定。
依据图2的时序图，可得phase、1\10各信号的值如表1所示。由表1可得电机的磁场矢量图如图3所示。若电机处于全步运行状态，则磁场的旋转方向为1—3—5—7—1一…，其吸引转子旋转，转子的步进进程也为1—3—5—7—1一…。若电机处于半步运行状态，则磁场的旋转方向为1—2—3—4-5—6—7—8-1一…，则转子也按此顺序步进。
3 同步化的改进
图1所示为未同步的两相步进控制器的电路图。通常将控制电机一相绕组的电路称为一个通道，则该电路包含两个通道。将上面一路称为通道1，下面一种称为通道2。在大多数应用中，非同步化操作不会引起什么问题，然而，在一些情况下，两个通道之间的干拢可引起噪声及电机的振动。通过使两通道同步化会使噪声和干扰降低。所谓同步化，就是使两通道开关有一定的相移，通常180度效果较好。当两通道未同步时，峰值供电电流为两个通道电流的和。当相移180度，峰值供电电流为一个通道的供电电流。则高次谐波会明显减小，这意味着降低了对电源滤波的要求，或同样的滤波器能取得较好的滤波效果。与相邻电路的磁场耦合噪声也会相应降低。同步化后的电路如图4所示。采用的是主从式结构，通道1被指定为主片，通道2被指定为从片。当同步化时，从片在断电期间不受内部的单稳态多谐振荡器的控制，而是受主片的控制。其工作过程如下：门1检测通道1的断电状态，包括R1和R2的分压电阻网络将输入电压降到等于4093供电电压。如果y MM在15V以下，可省去分压网络。在通道1断开状态，MA.MB为高，门1输出低电平，门2将信号反向，并通过一高通滤波器将信号发出去。在门3的输出端产生一个短的负脉冲，门3的其他输入端可作为能端，在门3的每个负脉冲，CT被放电，驱动电路相应的被接通。
4驱动电路的并联使用
PBL3770所能提供的****电流为1.8A，但在一些情况下，需要具有较高电流的驱动器，这时可采用两个通道并联驱动的办法，即对电机的每一相，采用两片PBL3770并联为其提供驱动电流，这就要求采用的步进电机每相有两个独立的绕组，每个绕组由一个3770控制，这种做法可使每相总电流达到3A左右。
5 实验结果及结论
5.1实验装置
已知电动机参数为；I=0.6A/phase，U=12V/phase，R=20Ω／phase，θ=1.8度，T=1. 2Nm，电源电压：36V。
5.2运行方式
双四拍运行AB一KB一KB一AB
5．3实测曲线及结论
图5为电动机一相绕组中的电流波形。由于PBL3770内置一个单稳态多谐振荡器，对电流进行恒流调节，因此通过电动机绕组中的电流更平滑。样
图5 电机电流波形机运行平稳、噪声低、输出转矩大。通过使PBL3770输入端Io/l=11，使H-桥下桥臂的两个功率管同时截止，达到快速启停的目的。
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