摘 要：SPI- 7210M是兩相步進(jìn)/雙極性電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，可用于電機(jī)電源電壓為36V （max） 、電機(jī)電流為±1.0A的2相勵(lì)磁1～2相勵(lì)磁電機(jī)產(chǎn)品。文章詳細(xì)闡述了SPI- 7210M的工作原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)，給出了與目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品UDN2916LB的性能比較。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) SPI- 7210M UDN2916LB 引言 步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)字元件，易于與數(shù)字電路接口，但一般數(shù)字電路的信號(hào)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。因此，必須有一個(gè)與之匹配的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。本文介紹的SPI-7210M是SANKEN公司生產(chǎn)的新一代步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，與目前市場(chǎng)上多款主流產(chǎn)品相比，SPI-7210M能確保步進(jìn)電機(jī)的精確控制以及長(zhǎng)期可靠工作。 工作原理 SPI-7210M是兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該電路采用雙電源 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)：級(jí)電源 和控制邏輯電源VBB （8～30V）電壓。該器件由基極驅(qū)VDD （3～5.5 V）動(dòng)電路、電流控制 電路、過熱保PWM護(hù)電路等組成。SPI-7210M的外接器件較少（電源檢出電阻2個(gè)、電源設(shè)定電阻2個(gè)） ，采用HSOP型16PIN封裝。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能 SPI-7210M的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。表1所列是其引腳功能。其中內(nèi)部電源控制電路用于給VBB端子供電，電壓范圍為8～30V。而其TSD回路 （過熱保護(hù)回路） 則可在芯片溫度超過160℃時(shí)強(qiáng)制停止工作，以保證產(chǎn)品的使用壽命。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保芯片工作時(shí)的溫度低于160℃，否則將導(dǎo)致產(chǎn)品壽命急劇縮短。電機(jī)控制信號(hào)的輸入回路通過控制端子的邏Ph，可實(shí)現(xiàn)對(duì)OutA、OutB輸出相輯電平位的控制。Ph信號(hào)為低時(shí)，OUTB電流從流入OUTA ； 而當(dāng)Ph為高時(shí)，電流從OUTA流入OUTB。其控制邏輯真值表如表2所列：電機(jī)PWM電流控制回路的作用是對(duì)通過REF端輸入的基準(zhǔn)電壓（V[sub]REF[/sub]）和SENSE端的電壓（V[sub]SENSE[/sub]）進(jìn)行比較，以向前置驅(qū)動(dòng)電路（Logic&PRI-Drive）輸出PWM控制信號(hào)，從而控制輸出電流。 應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例 目前在ECR、POS、稅控收款機(jī)等領(lǐng)域使用較多的EPSON MU-110打印機(jī)芯，圖2是用SPI-7210M驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用電路。該打印機(jī)芯中走紙電機(jī)的電流參數(shù)如下： 加減速驅(qū)動(dòng)電流：300±21 mA （2相勵(lì)磁） 定速驅(qū)動(dòng)時(shí)電流：300±21 mA （2相勵(lì)磁） 保持狀態(tài)電流： 相勵(lì)90±20mA（2相勵(lì)磁） 從上述參數(shù)可知，該電路需要設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流I[sub]TRIPMAX [/sub]為300 mA；若選擇參數(shù) 為V[sub]DO[/sub]電阻為5V，R[sub]1[/sub]為7 kΩ1，R[sub]2[/sub]為3kΩ，R[sub]S[/sub]為1kΩ2，那么： V[sub]REF[/sub] =V[sub]DO[/sub]R[sub]2[/sub]/（R[sub]1[/sub]+R[sub]2[/sub]）=1.5V I[sub]TRIPMAX [/sub]= V[sub]REF[/sub] /（5R[sub]s[/sub]）=300mA 具體設(shè)計(jì)中，在加減速驅(qū)動(dòng)以及定速驅(qū)動(dòng)時(shí)，若設(shè)置I0、I1 均為低電平，那么，此時(shí)走紙電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)為I[sub]TRIPMAX [/sub]=300 mA ； 而在保持狀態(tài),若設(shè)置I0為低電平、I1為高電平，則此時(shí)走紙電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)為1/3,即：I[sub]TRIPMAX [/sub]=90mA。 圖給出使用該驅(qū)動(dòng)電路時(shí)的相3關(guān)電流波形。 根據(jù)該波形可計(jì)算出： 走紙電機(jī)加速時(shí)的電流為60×5=300 mA （符合理論值300±21 mA）； 走紙電機(jī)保持狀態(tài)電流為17×5=85 mA （符合理論值90±20mA） 。 設(shè)計(jì)時(shí)，可將PWM振蕩頻率固定為25 kHz左右。事實(shí)上，在低壓控制電路的控制下，當(dāng)馬達(dá)電源及邏輯電源低于工作電壓范圍時(shí)，芯片將停，以防止誤動(dòng)作和異常損耗。止動(dòng)作在此狀態(tài)下，所有輸出口線全都處于OFF狀態(tài)。 當(dāng)內(nèi)部PWM處于OFF狀態(tài)時(shí)，負(fù)荷電流將進(jìn)行電流回升。在此期間，SPI-7210M可在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候使MOSFET（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管見圖一的內(nèi)部框圖） 導(dǎo)通。MOSFET沒有將電流流入驅(qū)動(dòng)晶體管,相反流入了內(nèi)阻低的MOSFET本身，這樣減少了驅(qū)動(dòng)本身的損耗，降低了整個(gè)芯片的溫升，因此，在SPI-7210M芯片的外部，不需要額外接肖特基二極管。 與品UDN2916LB的比較 圖4所示是基于UDN2916LB和SPI-7210M的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的比較圖。表3所示是它們的幾個(gè)主要參數(shù)比較。表3中的功率損耗和溫升是在24V/0.4A條件下得到的。實(shí)際上，UDN2916LB和SPI-7210M的異同點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： （1）UDN2916LB為Allegro公司 20多年前的產(chǎn)品，工藝相對(duì)比較落后,封裝較大，發(fā)熱較多； 而SPI-7210M是SANKEN公司2005年生產(chǎn)的產(chǎn)品使用目前業(yè)界較先進(jìn)的工藝，封裝較小，發(fā)熱較小。 （2） SPI-7210M將PWM振蕩頻率固定為25 kHz左右，減少了外圍阻容元件； 而UDN2916LB的PWM振蕩頻率需要在芯片外連接阻容元件進(jìn)行調(diào)節(jié),這就額外增加了器件占用PCB的空間,由于電容值受溫度影響較大，且在設(shè)計(jì)中一般將阻容緊靠驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片的發(fā)熱會(huì)直接影響到阻容元件的工作溫度，從而導(dǎo)致溫度升高后，受阻容影響的PWM振蕩頻率偏移，從而引起驅(qū)動(dòng)電流的偏差，最終燒壞電機(jī)或驅(qū)動(dòng)芯片本身（而當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),也有類似的隱患） 。筆者在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)芯片以及電機(jī)的燒毀很多時(shí)候與該部分外接阻容元件的選擇不當(dāng)有關(guān)。 （3） SPI-7210M內(nèi)部的MOSFET在負(fù)荷電流進(jìn)行電流回升時(shí)，其內(nèi)部較低的內(nèi)阻將消耗大部分電流，這樣可減少驅(qū)動(dòng)晶體管本身的損耗，降低整個(gè)芯片的溫升； 而UDN2916LB需要在輸出外接4個(gè)肖特基二極管，來分散電流回升時(shí)產(chǎn)生的部分熱能和降低驅(qū)動(dòng)芯片本身的溫升。 （4）成本優(yōu)勢(shì)： 目前市場(chǎng)參考價(jià)，SPI-7210M較UDN2916LB便宜1.5右元左； 對(duì)于整套控制方案，由于SPI-7210M外圍少了4個(gè)電阻、4個(gè)電容以及4個(gè)肖特基二極管，故整體方案成本可減少2～2.5元； 如果加上由于SPI-7210M的封裝減小以及外圍器件減少PCB面積的成本，其成本優(yōu)而減小的勢(shì)將更加明顯。 （5）在軟件控制上，SPI-7210M與UDN2916LB完全一致； 也就是說，對(duì)于老的UDN2916LB產(chǎn)品，只需在硬件行相關(guān)參數(shù)電路上稍作改動(dòng)，同時(shí)進(jìn)的調(diào)整就可以使用SPI-7210M，而不涉及軟件的更改，因此，替換起來相對(duì)比較方便。 結(jié)束語 SPI -7210M與目前主流產(chǎn)品UDN2916LB相比，外接元器件少，損耗低，整套方案成本低，占用的PCB空間少； 同時(shí)替換時(shí)不需更改軟件，相對(duì)來說比較方便。該芯片已經(jīng)在國外的產(chǎn)品中大批量使用并已得到可靠驗(yàn)證，但是在國內(nèi)的使用還較少。目前該芯片通過筆者小批量驗(yàn)證，總體來說，性能比較穩(wěn)定，可有效提高產(chǎn)品的可靠性。 參考文獻(xiàn) [1]何立民 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京 北京航空航天大學(xué)出版社,1999. [2]高種敏 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京 機(jī)械工業(yè)出版1997. [3]王曉明 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M].北京 北京航空航天大學(xué)出版社,2002.