基于LMD18245型驱动器的二相步进电机细分驱动器设计

引言

　　步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。目前用于电脑绣花机的步进电机多数为五相混合式步进电机，目的是通过采用高相数的步进电机来减小步矩角和提高控制精度，但是采用该种方式获得的性能上的提高是有限的．而且成本也相对较高。采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。若采用反应式步进电机，在性能明显提高的同时还能大大降低产品的成本。

　　笔者采用美国国家半导体公司的LMDl8245型步进电机专用驱动电路设计了一种二相步进电机的细分驱动器。

1 LMDl2845的特点及功能

　　LMDl2845是二相步进电机专用驱动电路，其全桥功率驱动器集成了双极性步进电机驱动和控制电流所需的全部电路，并通过相同单稳态结构上的DMOS功率开关在同一器件上构建双极CMOS控制和电流保护等功能的组合，同时采用创新的电流检测方式，基本消除了功率损耗。一个LMDl8245能够驱动一相双极性步进电机绕组．当其工作电压达55V时，电流可达3A(峰值为6A)，其内置的4位数／模转换器提供了一种对电机电流的数字化控制，从而简化了步进电机全步、半步及细分驱动的实现方式，而对于要求更高的细分驱动应用还可以通过外扩DAC来实现。

　　1.1 主要特点

　　●工作电压可达55V，电流在3A连续可调；

　　●每个功率开关管具有很低的RDS(on)(通常为 0．312)；

　　●内置箝位二极管；

　　●低损耗电流检测方式；

　　●电机电流用数字或模拟控制；

　　●在T_i=155摄氏度时自动关断；

　　●过流保护；

　　●消除浪涌电流；

　　●采用15引脚TO-220封装。

　　1.2 功能原理

　　LMDl8245主要由断路放大器、电流感应放大器、4位DAC、比较器、单稳态及保护电路等部分组成，其功能和连接框图如图1所示。下面简单介绍主要模块的工作原理。

　　(1)断路放大器

　　断路放大器通过管理功率桥中的反馈驱动开关来控制和限制电机线圈中的电流。功率桥由4个固态功率开关管(S1，S2，S3，S4)和4个H配置连接的二极管组成，如图2所示。控制电路检测电机线圈电流并和门限电流相比较。当电机线圈电流保持在门限电流以下时，桥对面的一个源开关和一个关断开关使得供电电压加在线圈上，同时线圈电流快速增加到1／cc／R(R为线圈电阻)。一旦线圈电流超过门限电流，控制电路就关闭关断开关一个固定的关断时间。在关断期间源开关和对面上位二极管将线圈短路，同时线圈电流续流并以指数衰减到零．在关断时间的最后，控制电路将另一关断开关打开．并且线圈电流再次快速增加到I／cc／R。重复上述过程可以实现电流浪涌动作，从而将线圈电流限制在门限电流．且只有当线圈电流达到门限电流时浪涌电流才会发生。

　　(2)数／模转换器(DAC)

　　DAC的作用是在VOACREFD／16处浪涌设置门限电压，其中D是与加在M4一M1上的二进制数相等的十进制数，M4是最高位。在要求更高的应用中，外部：DAC能够驱动DAC REF输入。DAC REF的最大直流电压是12V，VDAC REF的合适电压范围是0V~5V。

　　(3)比较器、单稳态及线圈电流浪涌门限

　　引脚CS OUT上电压超出DAC的输出电压时，比较器触发单稳态，单稳态一旦被触发就给控制逻辑提供关断脉冲。在关断脉冲期间，功率轿使电机线圈短路，从而引起线圈中的电流续流并衰减到零，通过连接在RC和地之间的一个并行阻容网络，可将关断及脉冲时间设置为1.1RC秒。综上所述不难得出线圈电流约为（（VDAC REF D/16）/250×10-6×RS）时发生浪涌。