DRV8825电机驱动芯片

电力电子・PowerElectronics62•电子技术与软件工程ElectronicTechnology&SoftwareEngineering步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元，可以分别通过控制脉冲个数和频率，从而达到准确定位和调速的目的，在机电一体化产品中有着广泛的应用。设计中常用的步进电机又有单极型(unipolar)和双极型(bipolar)之分。相对而言，单极型电机虽然应用效率较低，但是驱动电路简单，在早些年有较大的成本优势，特别是在高电压、大电流的应用中。不过近年来，随着各大厂家双极型电机专用驱动芯片的大量推出，在性能不断提高的同时，价格也在不断下降，再综合了其占用PCB空间小，控制简单等优点，采用双极型电机及专用驱动芯片取代单极性电机已经成为了一种趋势。本文将介绍一种双极型电机专用控制芯片DRV8825，并提供一个基于该芯片的打印机电机驱动电路设计方案。1芯片介绍DRV8825是德州仪器(TI)为打印机、扫描仪和其他自动化设备设计的集成电机驱动芯片。它集成了2个H桥电路，以及片上1/32微步进分度器，可以驱动一个双极型电机，或两个直流有刷电机。输入电压范围8.2~45V,可以提供1.75A的有效电流，并可承受2.5A的峰值电流(在24V、25°C的应用环境下)。低至0.2Ω的导通电阻，保证了芯片良好的热特性。另外，还集成了快速响应的短路、过热、欠压及交叉传导保护功能电路，能够检测故障状况，并迅速切断H桥，从而为电机和驱动芯片提供保护。功能模块框图:关键引脚功能说明:nENBL:输入，使能，低有效，带内部下拉。高电平时，关闭芯片所有输出和操作。nSLEEP:输入，低电平时进入低功耗休眠模式，带内部下拉。STEP:输入，上升沿触发一步，带内部下拉。DIR:输入，设置步进方向，带内部下拉。基于DRV8825的打印机电机驱动电路设计文/吴迪【关键词】DRV8825步进电机驱动电路本文介绍了双极型步进电机专用控制芯片DRV8825的特性及使用方法，并提供了一种基于DRV8825的打印机电机驱动电路的设计方案。摘要MODE0、MODE1、MODE2:输入，设置full,1/2,1/4,1/8/1/16,or1/32微步模式。DECAY:输入，衰变模式设置。nRESET:输入，复位，低有效，初始化分度器并关闭H桥输出。带内部下拉。AVREF、BVREF:输入，线圈电流参考电压设置nHOME:开漏输出，电机转到homestate(从上电开始电机转过45°的位置)时输出低电平。nFAULT:开漏输出，低电平表示在错误状况(过热、过载)。ISENA、ISENB:连接采样电阻。AOUT1、AOUT2:连接到双极型电机的线圈A，正向电流方向为AOUT1→AOUT2。BOUT1、BOUT2:连接到双极型电机的线圈B，正向电流方向为BOUT1→BOUT2。2用于打印机的双极型步进电机驱动电路方案本案中打印机系统对步进电机驱动的要求为:驱动电压VH=38V，需提供最大1.5A的有效电流。另外，要求电机驱动的斩波电流阈值可控，在不同的应用中可以对电机提供不同的电流，以便更好的控制电机和驱动片的温升。根据以上要求，设计电机驱动电路图如下:MODE2MODE1MODE0MnENBLR2R41R/1%/1206/1/4W1R/1%/1206/1/4WC1C20.47U0.1UPWMMVRR114.7KR7R81R/1%/1206/1/4W1R/1%/1206/1/4WRM14.7K13572468C30.01uFMSTEPMDIRMDECAYMnSLEEPMnHOMEMnFAULTR134.7K1%AnBBnR61R/1%/1206/1/4WR91R/1%/1206/1/4WVHVHR101.5K1%IC1DRV88254111082019271817161312572221691429242823252621315VMAVMBBOUT1BOUT2DIRDECAYnHOMEnFAULTnSLEEPnRESETBVREFAVREFAOUT1AOUT2STEPnENBLISENAISENBGNDPADMODE0GNDNCMODE1MODE2CP2CP1VCPV3P3OUT3.3VR124.7KR3R54.7K4.7KRM24.7K13572468MnRESETMOTORSTEPPER1234R14.7KAC40.01uFR14210KC50.01UR14110K电路设计说明:2.11MCU端口需求:电路图所示是最大连接方式，需要10个输出端口、2个输入端口。实际应用中可以根据MCU端口资源情况，选择性的连接nHOME、nFAULT、nSLEEP、DECAY、nENBL等端口，以节约端口。2.2参考电压生成电路:PWMMVR信号为MCU输出的幅值为3.3V的PWM信号。PWM信号是一种具有固定周期不定占空比(D)的数字信号。PWMMVR信号首先经过电阻(R10、R13)分压，得到幅值后再经过两级RC积分电路后就产生参考电压。mV为2.5V的PWM信号，然参考电压空比，就可以产生不同幅值的参考电压。因此REFV=mVD。通过控制PWM信号的占本案的参考电压理论值是小等于2.5V的任意正电压，从而实现了斩波电流阈值可控的设计目标。2.3采样电阻设置:本案采用3个1206封装1/4W、F档的1Ω电阻并联作为采样电阻，故ISENR=1/3Ω，根据斩波电流阈值计算公式ISENREFchopRVI5，理论最大斩波电流为1.5A，达到设计要求。在电流为1.5A时，单个采样电阻的功率为0.25W，因此需至少选用1/4W的电阻。实际测试中，在长时间最大电流运行时，1/4W的采样电阻无明显温升，因此可以满足设计要求。2.4散热处理DRV8825芯片封装底部有一块裸露的散热片(电路图中定义为29脚)，PCB设计时最好能将其焊接到PCB的接地铜皮上，并尽量增大这块接地铜皮的面积，多打过孔，以达到良好的散热性能。本文介绍了双极型步进电机专用控制芯片DRV8825的特性及使用方法，并提供了一种基于DRV8825的打印机电机驱动电路的设计方案。经实际测试，该方案电机驱动效果良好，驱动芯片温升较小，可以满足打印机实际应用的需要。参考文献[1]TI公司.DRV8825,技术手册.作者单位福建实达电脑设备有限公司福建省福州市350002电流调节电流通过电机绕组是由一个固定频率PWM电流调节，或电流调节砍。当H桥被使能，电流上升通过绕组的速率依赖于直流电压和绕组的电感。一旦电流达到电流斩波的阈值，所述桥禁用电流，直到下一个PWM周期的开始。在步进电机，电流调节器用于改变所述电流在两个绕组中的半正弦方式以提供平滑运动。在PWM斩波电流是由一个比较器，其两端的电流检测电阻器比较电压设定连接到希森销，乘以5倍，与基准电压。基准电压被输入从xVREF引脚。满量程（100％）斩波电流进行计算公式1。VREFXICHOP=5RISENSE(1)例如：如果一个0.25Ω感测电阻器的使用量和VREFx销为2.5V，满量程（100％）的斩波电流将2.5伏/（5×0.25Ω)=2A.该参考电压是由一个内部的DAC，允许一个双极步进电动机的分数步进缩放，如在下面的微定位器部分中描述。衰减模式中的PWM电流斩波，所述H桥被使能以驱动电流通过电动机绕组直到PWM电流斩波的阈值被达到。这示于科幻gure3如情况1所示的电流流动的方向表示正电流流过。一旦斩波电流达到阈值，所述H桥可以在两种不同的状态，快速衰变或操作缓慢衰减。在快速衰减模式下，一旦在PWM斩波电流电平已经达到时，H桥反转状态，以允许绕组电流流在相反方向上。作为绕组电流接近0时，桥禁用，以防止任何反向电流流动。快速衰减模式显示在科幻gure3如情况2。在慢衰减模式，绕组电流由在桥使两个低侧FET的再循环。这是所示科幻gure3作为案例3。