四相步进电机正弦波驱动器STK672-080及其应用_电源技术论文
关键词：步进电动机 厚膜混合集成电路 stk672-080微步距
1 stk672-080的主要特点
stk672-080是sanyo公司生产的一种步进电动机驱动器厚膜混合集成电路，它的输出级使用功率mosfet组成，同时包含一个内部的微步距控制器和一个单极性的恒流pwm系统。stk672-080内部提供的4相步进电动机分配控制器可获得准正弦波驱动电流，从而使用户应用更简单方便。它有五种激励（通电）方式，可提供微步距控制以使步进电动机的基本步距角的最大红分为1/16。stk672-080步时电机控制器的速度由时钟信号控制。通过它可使用户方便地实现高转、低振动水平、低噪音、快速响应和高效驱动的自动机控制系统。
图1 stk672-080方块图
stk672-080的典型应用包括传真机发送与接收步进电动机驱动、复印机送纸和光学系统步进电动机驱动、激光打印机鼓驱动、打印机台架步进电动机驱动、x-y绘图仪笔驱动、工业机械手以及其它步进电动的应用方面，其主要特点如下：
*只需外加个直流电源和一个时钟脉冲发生器即可完成一个四相步进电机正弦波电流驱动。
*可通过三个输入（m1，m2和m3）选择五种激励（通电）方式，包括：2相通电方式、1-2通电方式、w1-2相退方式、2w1-2相通电方式、4w1-2相通电方式等；
*在相通电方式切换时可保持原相电流不变；
*可用moi脚作原点监视；
*利用m3端的逻辑电平可选择时钟信号上升沿起作用或时钟信号上升沿和下降沿都起作用；
*clk输入端内含对外部脉冲噪音的故障防止线路；
*用参考电压vref能设置0～vcc2/2之间的任何数值，即使低电流下也支持微步距操作；
*电源电压范围宽（vcc1=10～45v）；
*内部中带有电流传感电阻（0.15Ω）；
*内含最小驱动损耗的mosfet，耐压为100v；
*电动机输出最大驱动电流ioh为2.8a（结温tc=105℃）;
*采用特殊的sip15单列直插式形式。
2 结构原理与引脚功能
stk672-080内部由控制和功率部分组成。功率级有4个mosfet，并按低侧驱动方式工作，其中a相和b相内部有电流传感内阻和比较器，可用来实现相电流的pwm控制。控制部分的关键是有电流分配比开关和准正弦波发生电路。stk672-080可由三个输入逻辑来选择通电方式，并由外接参考电压vref来设定最大电流值，以便在相电流pwm控制下得到相应的输出电流波形。图1所示是stk672-080内部结构。现将其各主要引脚的功能说明如下：
clk：时钟输入。输入频率范围可从直流到50khz，最小脉冲宽度为10μs，占空比范围为40～60%。此外，该端内部具有上拉电阻（典型值为20kΩ）、cmos施密特触发器电路和多级噪声抑制电路。当m3为高或开路时，电路会在每个clk上升沿使相激励前进一步；而当m3为低时，clk信号的上升和下降沿都可使相激励前进步，因此每一个clk周期可使相激励前进两步。
cwb：转向设定端。当cwb为高时，电动机旋转方向为顺时针；当cwb为低时，电动机旋转方向为逆时针。
enable：on/off状态控制输出端。当enable端的电压为高或开路时，为正常状态。当enable为低时，电路处于维持状态，此时相激励输出（电动机电流）强制关闭。在这个模态中，系统时钟和其它输入均无效。
m1，m2和m3：用于选择激励方式和clk输入边缘作用，内有上拉电阻（典型值20kΩ）和cmos施密特触发器电路。表1是m1、m2和m3的操作真值表。图2为其操作时序。
reset：复位端，低电平有效。
reset脚为低电平时，所有电路复位到它们的起始状态。此时，不管通电方式如何，输出a和b相都置于它们的原点，即输出电流约在71%处。
vref：pwm恒流环控制参考电压，用于根据需要控制负载电流的大小，通常vref应限制在2.5v以下。此参考电压对应于100%的电机激励电流ioh，其关系如下：
ioh=vref/（krs）
式中，k可取4.7，rs的值为0.15Ω时，ioh为vref/0.705。
moi：原点监视引脚；
a，ab，b，bb：四相步进电机正弦波驱动输出，也可分别用于驱动二个两相电动机；
vcc2：电源引脚；
pg：器件接地端。
3 应用实例
图3所示是stk672-080用于四相步进电机的应用电路，图中，参考电压由vcc经电阻分压得到，电阻r2取100Ω左右时可减少7脚输入阻抗的影响。stk672-080的8、9、12脚接高电位时，为2w1-2相激励方式。
表1 m1、m2和m3的工作真值表
| m2 | 0 | 0 | 1 | 1 | clk输入时钟边缘作用 | |
| m1 | 0 | 1 | 0 | 1 | ||
| m3 | 1 | 2相 | 1-2相 | w1-2相 | 2w1-2相 | 仅上升缘有效 |
| 0 | 1-2相 | w1-2相 | 2w1-2相 | 4w1-2相 | 上升和下降缘均都有效 | |
图4给出4w1-2相激励方式下的各信号波形时序图。这是最大红分为1/16的4w1-2相通电方式波形。在这种方式下，它的相比较器的参考电压波形接近正弦波。它在1/4周期内有16个微步，电流值有12个台阶值（具体如表2所列），这和正弦波理论值接近。因此，相电流输出也是准正弦波。
表2 4w1-2相通电方式电流台阶值
| 微步数 | 电流值（%） | 正弦波理论值（%） |
| 16 | 100 | 100.0 |
| 15 | 100 | 99.5 |
| 14 | 100 | 98.1 |
| 13 | 97 | 95.7 |
| 12 | 92 | 92.4 |
| 11 | 88 | 88.2 |
| 10 | 83 | 83.2 |
| 9 | 77 | 77.3 |
| 8 | 71 | 70.7 |
| 7 | 66 | 63.4 |
| 6 | 55 | 55.5 |
| 5 | 48 | 47.1 |
| 4 | 40 | 38.3 |
| 3 | 31 | 29.0 |
| 2 | 20 | 19.5 |
| 1 | 14 | 9.8 |
| 0 | 0 | 0 |