步进电机控制芯片UDN2916LB原理及应用

UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款两相步进电机双极驱动集成电路，能够驱动双绕组双极步进电机，特别适用于目前国内税控市场双步进微型打印机电机的控制。

UDN2916LB适用的电机电压范围为10～45V，逻辑电压不能超过7V；通过内部脉宽调制控制器(PWM)可实现最大750mA的输出电流；内置1/3和2/3分割器；逻辑输入实现1相/2相/W1-2phase激励模式；内置过热和交叉电流保护功能；集成钳位二极管；内置防止低压误操作等保护功能。UDN2916LB内部结构如图所示，芯片有两组电路构成，每组电路由PWM控制器、电桥及辅助电路组成。

图1 UDN2916LB内部结构框图

PWM电流控制电路

每个PWM控制器由一组电桥、一个外部检测电阻(RS)、一个内部比较器和一个多谐振荡器组成，来独立检测和控制输出电流，如图2所示。

图2 PWM电流控制电路

当电桥导通时，电机线圈中电流开始增大，电流通过外部检测电阻产生的检测电压也在增大。当检测电压达到比较器输入端设定电压值时，线圈中电流ITRIP=VREF/10RS，这时比较器触发单稳态关闭电桥的源驱动。内部逻辑和转换开关的延迟(td)典型值为2μs，这种延迟会导致实际负载电流峰值稍高于理论值。当电桥关闭后，电机电流开始衰减，通过地钳位二极管和接收晶体管回流。源驱动关闭时间toff由单稳态的外部RC决定，toff=RTCT，一般RT取值范围在20～100kΩ，CT取值范围在100～1000pf。PWM输出电流波形见图3，负载电流路径见图4。

图3 PWM输出电流波形

图4 负载电流路径

芯片5脚和9脚外接电阻RT和电容CT，RT和CT组成的RC电路产生固定频率信号，作为内部单稳多谐振荡器的振荡源，该振荡器和比较器共同作用将采样的电流大小反应到源输出端。当电流值达到理论设定值时，源输出端变为无效，当电流值小于理论设定值时，源输出端变为有效。其中RC参数选择比较重要，设计时往往会忽略其参数要求。如使用不当，会引起芯片烧坏，或发出噪声等异常现象。

实际电路设计应用中，对RT和CT参数取值容易忽略，RT取值精度应不低于1%，CT应选用NPO类型和精度不低于5%的电容，这样可以有效固定toff时间，达到电流的最佳控制。而采样电阻取值大小决定了步进电机线圈电流的大小，电阻大了，则线圈电流太小，步进电机驱动无力；电阻小了，则线圈电流太大，会烧坏步进电机线圈。UDN2916LB最大输出电流Ioutput=0.75A。

假设采样电阻Rs使用1.0Ω高精度电阻，参考电压取最大为5V时，要求最大输出电流IOUTPUT=VREF/(10