運(yùn)動(dòng)控制專用集成電路及應(yīng)用（續(xù)6）
譚建成（廣州電器科學(xué)研究所)
【摘要】本文為“運(yùn)動(dòng)控制專用集成電路及應(yīng)用（續(xù)5）”（見1993年《微電機(jī)》第3期）的續(xù)篇，介紹一種ixmsiso高性能微步距控制器的工作原理、特點(diǎn)及在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微步距控制中的應(yīng)用。
【敘 詞】集成電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)／微步距控制器原理應(yīng)用增益線性度百分之1. 6。
6 ixmsiso高性能雙pwm微步距控制器
ixms150是一種高性能cmos單片集成電路，它有兩路pwm輸出，可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立的h橋，并進(jìn)行精確的電流閉環(huán)控制，所以，它最適用于兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微步距控制。由于它有高的精度，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分可做到超過250個(gè)微步，對(duì)于200步／r的常見的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分可做到50000步／r。它不但大大改善了步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分辯率，而且明顯減少了低速速度紋波和諧振。它也可以用來控制兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，用于機(jī)器人、打印機(jī)、繪圖機(jī)、x-y平臺(tái)等兩坐標(biāo)的位置控制系統(tǒng)。利用ixms150可減少元件成本、印刷電路板面積和設(shè)計(jì)時(shí)間，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的可靠性。
6.1特點(diǎn)
·雙通道同步pwm輸出。
·寬頻率范圍20～400khz。
·輸入電流揩令范圍±2.0v，滿刻度。
·反饋電流信號(hào)范圍士0. 625v，滿刻度。
·兩通道增益偏差百分之一（可用外電路調(diào)整平衡）。
·前饋補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電源變化
·每個(gè)h橋只要一個(gè)電流傳感電阻。
·兩級(jí)電流限制。
·欠電壓鎖定。
·對(duì)交流耦合柵極驅(qū)動(dòng)的占空比限制。
·寬范圍的死區(qū)時(shí)間設(shè)定。
·有負(fù)電壓電源發(fā)生。
·單極性電源供電。
ixms150是24腳dip封裝。引腳說明見附表。表中有括號(hào)的表示b相通道的引腳，相應(yīng)無(wú)括號(hào)的，則為a相通道的引腳。
6.3基本組成與工作原理
本集成電路的內(nèi)部方框圖見圖1。它由5個(gè)主要部分組成。
·振蕩器與前饋電路
·控制電動(dòng)機(jī)電流的模擬電路
·對(duì)h橋或電機(jī)非正常工作的保護(hù)電路
·pwm電路
·負(fù)偏壓電路
6.3.1振蕩器
內(nèi)部振蕩器可由ro和co調(diào)整，它們決定了振蕩器的開關(guān)頻率、死區(qū)大小及9、10、15、16腳輸出信號(hào)的最小脈沖寬度。r的使用范圍是15～lookω，co的范圍是100～2000pf。
振蕩器頻率：
6.3.2前饋補(bǔ)償
對(duì)于固定頻率的pwm控制系統(tǒng)，其開環(huán)增益、電機(jī)電流變化速度、電流紋波都和供電電源電壓成正比。但增益隨電源電壓而變化，使這種系統(tǒng)難以設(shè)計(jì)，考慮最壞情況又限制了帶寬。因此，在本電路內(nèi)采用了前饋技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，使開環(huán)增益與ffwd腳電壓成反比，通常此電壓僅是電機(jī)電源電壓的幾分之一。這樣，開環(huán)增益和電機(jī)電壓無(wú)關(guān)，系統(tǒng)帶寬可以增大。
在本ic中，振蕩器電壓波形的幅值，整個(gè)系統(tǒng)酌增益都被ffwd上的電壓調(diào)制。此電壓通常取3. 5v。引入前饋控制時(shí)，從電機(jī)供電電壓vhv的電阻分壓得到ffwd上的電壓vff。同時(shí)接有cf-fwd濾波電容，濾去vhv上的雜波。電容的選擇是，它與rffi∥rff2決定的濾波器時(shí)間常數(shù)（見圖2），應(yīng)能濾去主電路開關(guān)頻率的噪聲，又不會(huì)改變120hz紋波。后者是60hz市電供電時(shí)vhv可能有的紋波分量。
6.3.3電流控制的模擬電路
ixms150有兩個(gè)相同的通道。每一通道的模擬電路 |
