【摘 要】
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步进电机是一种开环使用的机电组件,可以将电脉冲信号转变为角位移或线性位移,在工业与医疗设备、打印机、ATM等场景应用广泛。步进电机步距角的大小由运行拍数和转子齿数决定,而转子齿数通常较少且固定,因此步距角通常较大。较大的步距角使步进电机在运行过程中会产生明显的振动、噪声,并且位置控制精度不高。因此,通过步进电机微步距细分控制,使步进电机更安静、精确地工作,是国内外对步进电机控制电路的研究热点之一。
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步进电机是一种开环使用的机电组件,可以将电脉冲信号转变为角位移或线性位移,在工业与医疗设备、打印机、ATM等场景应用广泛。步进电机步距角的大小由运行拍数和转子齿数决定,而转子齿数通常较少且固定,因此步距角通常较大。较大的步距角使步进电机在运行过程中会产生明显的振动、噪声,并且位置控制精度不高。因此,通过步进电机微步距细分控制,使步进电机更安静、精确地工作,是国内外对步进电机控制电路的研究热点之一。传统步进电机微步距细分控制器基于32位DSP数字芯片,其体积过大,价格昂贵,使用不便。随着集成电路技术的发展,步进电机微步距细分芯片以其体积小、易集成、成本低、使用方便的优点逐渐成为使用者的首要选择。本文介绍了步进电机微步距细分控制的必要性及相关原理,根据实际需求,制定相关指标要求,并基于等幅电流矢量理论,利用查找表与电流采样等模块结合的方式,设计了一款微步距细分控制电路。本文重点分析了该电路中带隙基准与稳压器模块、时钟生成模块、微步距细分控制模块及低失调电流采样模块,从各模块的功能出发,重点介绍各模块的设计原理及拓扑结构,结合仿真、实测波形对功能指标进行具体分析。该电路中微步距细分控制模块控制运行拍数及功率管的导通与关断,最大可以实现1/32细分。电流采样模块采用低失调设计,使运算放大器的输入失调电压低至960μV,保证整体电路对电流的控制满足指标要求的精度。带隙基准采用高PSRR设计,其低频PSRR可以达到-160d B,有效地抑制了电源电压变化对基准电压的影响。该电路采用华润上华0.25μm 60V BCD工艺流片验证,使用HTSSOP-28的封装。具有如下特点:1.六种细分模式。该电路使用PWM控制结合查找表的方式,实现步进电机的整步、半步、1/4步、1/8步、1/16步、1/32步运行,最多可将步距角减小为原来的1/32。2.采用高输入电压,高PSRR的带隙基准与稳压器电路,提高了基准电压的精确度。3.电流控制精度高。电流采样运放采用低失调设计,提高了控制绕组电流的精度。完成测试PCB板的制作并对流片后的芯片进行功能测试,测试结果表明本文设计的电路符合各项设计指标,实现了步进电机最大1/32的微步距细分控制功能。
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