DRV8825電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

1、電力電子 Power Electronics62 電子技術(shù)與軟件工程 Electronic Technology & Software Engineering步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元， 可以分別通過控制脈沖個(gè)數(shù)和頻率， 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位和調(diào)速的目的， 在機(jī)電一體化產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用。設(shè) 計(jì) 中 常 用 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 又 有 單 極 型(unipolar) 和雙極型 (bipolar) 之分。 相對(duì)而言， 單極型電機(jī)雖然應(yīng)用效率較低， 但是驅(qū)動(dòng)電路簡單， 在早些年有較大的成本優(yōu)勢(shì)， 特別是在高電壓、 大電流的應(yīng)用中。 不過近年來，隨著各大廠家雙極型電

2、機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片的大量推出， 在性能不斷提高的同時(shí)， 價(jià)格也在不斷下降， 再綜合了其占用 PCB 空間小， 控制簡單等優(yōu)點(diǎn)， 采用雙極型電機(jī)及專用驅(qū)動(dòng)芯片取代單極性電機(jī)已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。本文將介紹一種雙極型電機(jī)專用控制芯片DRV8825， 并提供一個(gè)基于該芯片的打印機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案。1 芯片介紹DRV8825 是德州儀器 (TI) 為打印機(jī)、 掃描儀和其他自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 它集成了 2 個(gè) H 橋電路， 以及片上 1/32 微步進(jìn)分度器， 可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)雙極型電機(jī)，或兩個(gè)直流有刷電機(jī)。 輸入電壓范圍 8.245V, 可以提供 1.75A 的有效電流， 并可承受

3、2.5A的峰值電流(在 24 V、 25° C 的應(yīng)用環(huán)境下 )。低至 0.2 的導(dǎo)通電阻， 保證了芯片良好的熱特性。 另外， 還集成了快速響應(yīng)的短路、 過熱、欠壓及交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)功能電路， 能夠檢測(cè)故障狀況， 并迅速切斷 H 橋， 從而為電機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片提供保護(hù)。功能模塊框圖:關(guān)鍵引腳功能說明:nENBL: 輸入， 使能， 低有效， 帶內(nèi)部下拉。高電平時(shí)， 關(guān)閉芯片所有輸出和操作。nSLEEP : 輸入， 低電平時(shí)進(jìn)入低功耗休眠模式， 帶內(nèi)部下拉。STEP: 輸入， 上升沿觸發(fā)一步， 帶內(nèi)部下拉。DIR: 輸入， 設(shè)置步進(jìn)方向， 帶內(nèi)部下拉?；?#160;DRV8825 的

4、打印機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)文/吳迪【關(guān)鍵詞】 DRV8825 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路本文 介紹 了 雙極型 步 進(jìn)電機(jī)專 用 控制 芯片 DRV8825 的 特性及使用 方法， 并提供了 一種基于DRV8825 的打印機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。摘 要MODE0、 MODE1、 MODE2: 輸 入， 設(shè)置 full, 1/2, 1/4, 1/8/ 1/16, or 1/32 微 步 模 式。DECAY: 輸入， 衰變模式設(shè)置。nRESET: 輸入， 復(fù)位， 低有效， 初始化分度器并關(guān)閉 H 橋輸出。 帶內(nèi)部下拉。AVREF、 BVREF: 輸入， 線圈

5、電流參考電壓設(shè)置 nHOME : 開 漏 輸 出， 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 到 home state(從上電開始電機(jī)轉(zhuǎn)過 45°的位置) 時(shí)輸出低電平。 nFAULT: 開漏輸出， 低電平表示在錯(cuò)誤狀況(過熱、 過載) 。ISENA、 ISENB: 連接采樣電阻。AOUT1、 AOUT2: 連接到雙極型電機(jī)的線圈 A， 正向電流方向?yàn)?AOUT1 AOUT2。BOUT1、 BOUT2: 連接到雙極型電機(jī)的線圈 B， 正向電流方向?yàn)?BOUT1 BOUT2。2 用于打印機(jī)的雙極型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案本案中打印機(jī)系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的要求為: 驅(qū)動(dòng)電壓 VH=38V， 需提供最大 1.5A的有效電流。

6、 另外， 要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)的斬波電流閾值可控， 在不同的應(yīng)用中可以對(duì)電機(jī)提供不同的電流， 以便更好的控制電機(jī)和驅(qū)動(dòng)片的溫升。根據(jù)以上要求， 設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如下: MODE2MODE1MODE0MnENBLR2R41 R/1 %/1 206/1 /4W1 R/1 %/1 206/1 /4WC1C20.47U0.1 UPWMMVRR1 14.7KR7R81 R/1 %/1 206/1 /4W1 R/1 %/1 206/1 /4WRM14.7K13572468C30.01 uFMSTEPMDIRMDECAYMnSLEEPMnHOMEMnFAULTR1 34.7K 1 %AnBBnR61 R/1 %/

7、1 206/1 /4WR91 R/1 %/1 206/1 /4WVHVHR1 01 .5K 1 %IC1DRV882541 11 08201 9271 81 71 61 31 2572221691 42924282325262131 5VMAVMBBOUT1BOUT2DIRDECAYnHOMEnFAULTnSLEEPnRESETBVREFAVREFAOUT1AOUT2STEPnENBLISENAISENBGNDPADMODE0GNDNCMODE1MODE2CP2CP1VCPV3P3OUT3.3VR1 24.7KR3R54.7K4.7KRM24.7K13572468MnRESETMOTOR ST

8、EPPER1234R14.7KAC40.01 uFR1 421 0KC50.01 UR1 411 0K電路設(shè)計(jì)說明:2. 1 1MCU端口 需求:電路圖 所示是最大連接方式， 需要 10個(gè)輸出 端口、 2 個(gè)輸入端口。 實(shí)際應(yīng)用 中可以 根 據(jù) MCU 端 口 資 源 情 況， 選 擇 性 的 連接 nHOME、 nFAULT、 nSLEEP、 DECAY、nENBL 等端口， 以節(jié)約端口。 2. 2 參考電壓生成電路:PWMMVR 信 號(hào) 為 MCU 輸 出 的 幅 值為 3.3V 的 PWM 信號(hào)。 PWM 信號(hào)是一種 具有固定周期不定占空比(D) 的數(shù)字信號(hào)。PWMMVR 信號(hào)首先經(jīng)過電

9、阻(R10、 R13)分壓， 得到幅值后再經(jīng)過兩級(jí)RC積分電路后就產(chǎn)生參考電壓。mV 為 2.5V 的 PWM 信號(hào)， 然參考電壓空比， 就可以產(chǎn)生不同幅值的參考電壓。 因此REFV=mV D。 通過控制 PWM 信號(hào)的占本案的參考電壓理論值是小等于 2.5V 的任意正電壓， 從而實(shí)現(xiàn)了斬波電流閾值可控的設(shè)計(jì)目標(biāo)。2. 3 采樣電阻設(shè)置:本 案 采 用 3 個(gè) 1206 封 裝 1/4W、 F 檔 的1 電阻并聯(lián)作為采樣電阻， 故ISENR=1/3， 根據(jù)斬波電流閾值計(jì)算公式ISENREFchopRVI´=5， 理論最大斬波電流為 1.5A， 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 在電流為 1.5A 時(shí)，

10、 單個(gè)采樣電阻的功率為 0.25W，因此需至少選用 1/4W 的電阻。 實(shí)際測(cè)試中，在長時(shí)間最大電流運(yùn)行時(shí)， 1/4W 的采樣電阻無明顯溫升， 因此可以滿足設(shè)計(jì)要求。2. 4 散熱處理DRV8825 芯片封裝底部有一塊裸露的散熱片(電路圖中定義為 29 腳) ， PCB 設(shè)計(jì)時(shí)最好能將其焊接到 PCB 的接地銅皮上， 并盡量增大這塊接地銅皮的面積， 多打過孔， 以達(dá)到良好的散熱性能。本文介紹了雙極型步進(jìn)電機(jī)專用控制芯片 DRV8825 的特性及使用方法， 并提供了一種基于DRV8825 的打印機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。 經(jīng)實(shí)際測(cè)試， 該方案電機(jī)驅(qū)動(dòng)效果良

11、好， 驅(qū)動(dòng)芯片溫升較小， 可以滿足打印機(jī)實(shí)際應(yīng)用的需要。參考文獻(xiàn)1 TI 公司 . DRV8825, 技術(shù)手冊(cè) .作者單位福建實(shí)達(dá)電腦設(shè)備有限公司 福建省福州 市 350002電流調(diào)節(jié)電流通過電機(jī)繞組是由一個(gè)固定頻率PWM電流調(diào)節(jié)，或電流調(diào)節(jié)砍。當(dāng)H橋被使能，電流上升通過繞組的速率依賴于直流電壓和繞組的電感。一旦電流達(dá)到電流斬波的閾值，所述橋禁用電流，直到下一個(gè)PWM周期的開始。在步進(jìn)電機(jī)，電流調(diào)節(jié)器用于改變所述電流在兩個(gè)繞組中的半正弦方式以提供平滑運(yùn)動(dòng)。在PWM斬波電流是由一個(gè)比較器，其兩端的電流檢測(cè)電阻器比較電壓設(shè)定連接到希森銷，乘以5倍，與基準(zhǔn)電壓。基準(zhǔn)電壓被輸入從xVREF引腳。滿量程（100）斬波電流進(jìn)行計(jì)算公式1 。VREFX¾ICHOP=5·RISENSE(1)例如：如果一個(gè)0.25 感測(cè)電阻器的使用量和VREFx銷為2.5V ，滿量程（100）的斬波電流將2.5伏/ （5× 0.25)= 2 A.該參考電壓是由一個(gè)內(nèi)部的DAC ，允許一個(gè)雙極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分?jǐn)?shù)步進(jìn)縮放，如在下面的微定位器部分中描述。衰減模式中的PWM電流斬波，所述H橋被使能以驅(qū)動(dòng)電流通過電動(dòng)機(jī)繞組直到PWM電流斬波的閾值被達(dá)到。這示于科幻gure 3如情況1所示的電流流動(dòng)的方向表示正電流