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微型步进电机的驱动IC有很多种如DIO5833、HR8833、SGM42633、drv8833等等。这些芯片的原理都差不多,Datasheet也都差不多,PCB layout也差不多,至于谁兼容谁,谁抄写谁咱也不管,本文只介绍此类芯片原理以及使用方法。
【资料图】
1、原理图拓扑图:
此类芯片都是双H桥控制电机驱动IC,能够驱动两个直流电机或者一个步进电机,如下图所示:
2、芯片内部框图:
如下图所示,可以很明显的看出两个H桥,每个H桥对应一个驱动电路以及过流保护电路,而且集成内部泵压电路用于驱动高侧MOSFET。两个H桥可以并联用于驱动大电流的直流电机。此类芯片集成各种保护功能,可在系统发生故障时保护设备,其中包括欠压锁定(UVLO)、过电流保护(OCP)和超温停机(TSD)。
3、H桥控制方法
下表中列举了H桥在不同输入逻辑下的输出表现。
结合下面的电流路径能够很直观的理解,改变线圈电流的方向实现正反转。快速衰减/慢速衰减是为了解决驱动停止时电感线圈的续流问题,快速衰减通过MOSFET的体二极管实现续流,电流下降的快,慢速衰减使用低测两个MOSFET导通实现绕组短路,环路电阻小,电流下降的慢。快速衰减电流衰减的快但是速度变化慢,可以理解为“溜车”。慢速衰减电流衰减慢,速度变化快,可以理解为电机“制动”。
4、电流调整
每个H桥都有一个电流检测电阻,当电阻的压降达到200mV时(也就是xISEN管脚电压VTRIP),芯片内部比较器输出翻转,使输出关闭,一段时间后,xISEN管脚电压下降到VTRIP以下,如果此时输入状态没有变化,输出再次使能,如此反复调整,使线圈(绕组)中的电流限制在某一个固定值,只需合理配置xISEN电阻即可调整电流。对于直流电机主要是为了限制启动电以及失速电流(过慢或过快),对于步进电机在每次脉冲激励后都有用到,这是步进电机的特性决定的,因此对于步进电机可以调节此电阻调整电流,电流越大产生的磁场越强,“劲”就越大,当然电流不能超过电机线圈的最大电流限制。
对于步进电机来说驱动输出总是和PWM类似的波形,来维持输出电流不超过设定值,如下图所示:
5、过流保护(OCP)
过流保护是指H桥的过流检测电路识别到过流后,关闭H桥实现对H桥的保护,同时nFAULT管脚会输出低电平指示出现故障。注意过流保护只关闭出现故障的H桥,另外一个H桥如果没有检测到故障,则正常运行。一定要和上面的电流控制区别开来,完全不是一回事儿,不少文章都混为一谈,认为xISEN管脚电压达到VTRIP,nFAULT管脚就会变化,这是错误的。
6、过热停机(TSD)
这个很好理解,温度超过一定的阈值就会进入此状态,同时nFAULT输出低电平,温度降低到一定程度后恢复正常运行。设计软件或者硬件时应当避免此问题出现,需要改变控制逻辑,或者增加散热方法。
7、欠压锁定(UVLO)
当电源VM的低于锁定阈值时,所有电路关闭,所有内部逻辑复位,同时nFAULT输出低电平,当电压恢复后可正常访问。
8、layout
芯片设计时把功率电路放在了左侧,逻辑输入放在了右侧,layout时按照手册推荐画法即可,难度不大。
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