谭建成（广州电器科学研究所）

    【摘  要】本文为“运动控制专用集成电路及应用（续3）”的续篇，介绍一种适用于小功率步进电动机双极性驱动的PBL3717A单片集成电路的工作原理，步进电动机3种运行方式的实现和微步距控制。

    【叙  词】集成电路步进电动机驱动电路原理组双极性激励。

    PBL3717A是一种适用于小功率步进电动机双极性驱动的单片集成电路。利用若干PBL3717A和微型计算机，以及少量外围元件，可以控制和驱动两相或多相混合式步进电动机，其驱动方式为电流斩波控制。内含H桥功率放大级，工作于开关状态，适用于每相工作电压10～46V、****电流小于IA的绕

    使用环境温度0～70℃。16脚双列直插式封装，当印刷电路板上有面积为20cm²、厚度为35mm覆铜板作散热片时，其热阻约为40℃/W。原理方框图见图1，其主要组成部分包括：

    ·输入逻辑电路

    ·输出H全桥电路

    ·电平比较电路

    ·单稳态电路

    ·过热保护电路

     由4个晶体管组成H全桥功率开关电路，输出端为OUTA（15脚）和OUTB(16脚)。它们的下桥臂晶体管为共发射极，从16脚引出，可外接一电阻至地，作电流检测用。OUTA和OUTB外接步进电动机的一相绕组，其电流流经16啷的电阻，电流信号经ReCe滤波后从10脚送给电流比较器电路（参见图2）。4个功率晶体管均并联有快速保护二极管，为绕组提供续流回路。绕组电流的流向是由8脚的PHASE信号决定的。它使用TTL电平的控制信号。当高电平时，电流由OUTA流向OUTB。此时A半桥上桥臂晶体管持续导通，A半桥的下桥和B半桥的上桥臂晶体管持续截止，B半桥的下桥臂晶体管同时受到单稳态电路来的脉宽调制信号的控制，此信号高电平时晶体管截止，低电平时导通，对绕组电流进行斩波控制，使它维持于一定的平均值内。当PHASE为低电平时，绕组电流流向相反。PHASE输入后经过斯密特触发电路，具有良好的噪声抑制作用．还有时延电路，避免H桥开关过程中上下桥臂晶体管的直通短路。

    输入控制信号I₀（9脚）和I₁（7脚）的4种组合逻辑状态，对3个比较器选通，在它们的作用下，实现对绕组电流的数字控制，见附表。

    3个比较器的同相输入端为反馈电流信号，而参考输入端的参考电压是从11脚REF输入电压(应用时可接至+5V)经电阻分压得到。由图中分压电阻可知，从上到下3个比较器的分压比分别为1：0. 60：0.19。由I₀I₁的选通，可以控制绕组电流有不同的值，其平均值之比接近上述比例。

  

    在任一比较器被选通时，当绕组电流流过检测电阻，电流信号上升到超过参考电压，比较器翻转，输出高电平，触发单稳态电路，形成一定脉宽t_off的脉冲信号，对下桥臂晶体管进行调制，它决定了下桥臂晶体管的截止时间。t_off由2脚的外接阻容网络参数决定，有：

    电机的绕组电流由脉冲的占空比和绕组参数决定。同样，改变11脚REF的大小，可以控制绕组电流。

    由两个PBIL3717A可组成一个驱动两相混合式步逆电动机的微机控制系统．由微型计算机的软件没汁．以正确的I₀、I₁和PHASE时序可以实现步进电动机的3种运行方式。

    以A、B表示两相绕组正向电流工作．A、B表示反向电流工作．可实现四拍整步工作方式：

    图3表示整步和半步工作方式时的输入信号和输出电流波形示意图。

    可以实现八拍半步工作方式：

    这种工作方式中，两项激励时，转矩不等。两项激励和时，转矩增大。显然可以改变方式，使两相电流下降，考虑到磁路的饱和效应，0.59的电流产生的转矩可能增大到接近0.7倍的单相转矩，两相合成转矩就与单相激励转矩相接近。

    可以实现十六拍的工作方式，在半步工作方式中步与步之间插入了四分之一步。这种1/4步是由一相全电流和另一相得分数电流合成的。这个分数电流可以由1或10状态得到。看来，去10状态，步距会稍为均匀些。

 

图4是3种工作方式的整步、半步、1/4步的转矩向量示意、只画了90度范围。

    控制步进电机：旧绕组电流幅值，实现对步距角的细分。以两相混合式步进电动机为例，利用一个单片微型计算机．两片DAC.0808八位数／模转换电路即可实现256细分控制。将单片机内EPR()M写入正弦和余弦函数表．由两个输出口读出，经2个DAD转换成正余弦电压（均取正值）．作为两个P BL3717A的REF的输入。由单片机正确安排好PHASF和I₀I₁的时序．可以使两相绕组电流依正弦和余弦变化．实现微步距运行。这里，只用了PBl3717A中的一个比较器。（待续）