微型計(jì)算機(jī)中的微電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
李峻(大連鐵道學(xué)院 116028)
摘 要 介紹微型計(jì)算機(jī)的軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和打印機(jī)系統(tǒng)中的微電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)等。
敘 詞 微型計(jì)算機(jī)微電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成電路
在微型電子計(jì)算機(jī)中，有三個(gè)工作系統(tǒng)要使用微電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)是軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)FDD系統(tǒng)。第二個(gè)是硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)HDD系統(tǒng)。另一個(gè)是打印機(jī)系統(tǒng)。微機(jī)對(duì)這三個(gè)工作系統(tǒng)的微電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有極高的要求，除了控制性能和精度要滿(mǎn)足微機(jī)的特殊需要外，每個(gè)微電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還必須電路簡(jiǎn)單，使用的元件要盡可能少，結(jié)構(gòu)要緊湊，做到微型輕量化。為了滿(mǎn)足這些要求，必須要使用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)集成電路，日本日立公司專(zhuān)門(mén)為微機(jī)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)了配套使用的驅(qū)動(dòng)電路。本文介紹這些集成電路的型號(hào)、技術(shù)特點(diǎn)、內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)和典型應(yīng)用電路等，以便在設(shè)計(jì)中選用。
1 FDD系統(tǒng)使用的微電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路
1.1 FDD系統(tǒng)的原理圖和驅(qū)動(dòng)IC
FDD系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1所示，這個(gè)系統(tǒng)需要二個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)是主軸電動(dòng)機(jī)，使用的是三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)磁頭的兩相步迸電動(dòng)機(jī)，能夠用來(lái)驅(qū)動(dòng)這兩種微電機(jī)的集成電路型號(hào)如表1所示。從表中可以看出，驅(qū)動(dòng)這兩種電機(jī)的集成電路輸出電流都比較大，使用時(shí)不需再外接功率晶體管，可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的繞組，集成電路都是帶有散熱器的功率型芯片。
1.2 FDD系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)IC典型電路
1.2.1 二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器HA13475MP/FP
HA13475MP/FP集成電路用于FDD系統(tǒng)的二相全波步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，它的內(nèi)部電路原理圖和電機(jī)繞組接線(xiàn)圖如圖2所示。從圖中可以看出它的內(nèi)部主要由兩組邏輯控制電路和全橋功率驅(qū)動(dòng)電路組成，它能提供每相o．33A的輸出電流。芯片具有使能控制，過(guò)溫關(guān)斷(OTSD)保護(hù)。它的主要特點(diǎn)是，輸出電壓(4. 5～13. 8V)和電流范圍寬；用一個(gè)輸入端控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)；輸入端與TTL、LSTTL和5-VCMOS集成電路兼容HA13475MP為四方扁平MP-18T外形封裝，HA13475FP為雙列直插FP - 16T外形封裝。電路中的輸入端CE、D與輸出端的邏輯關(guān)系如表2所示。
1.2.2主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC
微機(jī)的FDD和HDD系統(tǒng)的主軸電動(dòng)機(jī)都是使用三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但使用的驅(qū)動(dòng)集成電路型號(hào)并不相同。由于可供選用的集成電路型號(hào)較多，僅以其中一種型號(hào)HA13483AMP/ANT為例作一介紹。
HA13483AMP/ANT是用于FDD系統(tǒng)的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它的內(nèi)部主要由三相電流檢測(cè)放大器、陣列控制器、輸出放大器（1．OA/相）、FG伺服數(shù)字速度控制器和PLL速度控制器、電流限制器、使能控制器、OTSD保護(hù)電路組成。主要特點(diǎn)是，使用二個(gè)霍爾傳感器；具有軟起動(dòng)功能，峰值電流很小；不需要接電解電容器；有二種封裝外形，HA13483ANT 是 DP - 24TS，HA13483MP足MP-28T。應(yīng)用電路如圖3所示。
集成電路的E端（管腳5）用來(lái)選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速，E端為低電平時(shí)轉(zhuǎn)速為360r/min，E端為高電平時(shí)轉(zhuǎn)速為300r/min。Q、R、S端連接的是無(wú)刷電機(jī)的三相繞組；C、B端接FG伺服繞組；X、W和Z、Y端分別連接霍爾傳感器HU和HV。電容器C107。和石英晶體(2MHz)與芯片上的OSC電路組成了內(nèi)部的PLL控制振蕩器電路。
2 HDD系統(tǒng)使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC
2.1 HDD系統(tǒng)的原理圖和驅(qū)動(dòng)IC
HDD系統(tǒng)的原理如圖4所示，在這個(gè)系統(tǒng)中需要二個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)主軸的三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)磁頭的音圈電機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)VCM電機(jī)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)這兩種電機(jī)的集成電路如表3所示。系統(tǒng)中的主軸電機(jī)和VCM電路可用二個(gè)芯片分別驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)和VCM電機(jī)，這種芯片稱(chēng)為復(fù)合型COMBO單片驅(qū)動(dòng)器。
2.2 復(fù)合型(COMBO)驅(qū)動(dòng)器HA13520F
HA13520F是用于HDD系統(tǒng)能同時(shí)驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)和VCM電機(jī)的典型復(fù)合芯片，主要由主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、VCM驅(qū)動(dòng)器、通信邏輯電路、串行口、軟啟動(dòng)開(kāi)關(guān)陣列、電流控制器、B-EMF放大器、充電泵和升壓電路等組成。它的主要功能有：能驅(qū)動(dòng)每相電流1.0A的不帶霍爾傳感器的三相無(wú)刷電機(jī)和****電流400mAVCM電機(jī)；具有11位的串行接口，其中有9位用于VCM控制的DAC變換。該集成電路的典型應(yīng)用電路如圖5所示。
電路中的串行口的11位數(shù)據(jù)分別是Do～D。和Ao。其中Ao是地址位，用來(lái)選擇寄存器，當(dāng)Ao=O時(shí)，選擇DAC和VCM的輸入數(shù)據(jù)寄存器；Ao=1時(shí)選擇方式控制寄存器。當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不足11位時(shí)，內(nèi)部寄存器不會(huì)添加數(shù)據(jù)；而當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度多于11位時(shí)，內(nèi)部寄存器僅取后面的11位數(shù)據(jù)，而不管前面的多余位。輸入數(shù)據(jù)寄存器由DDo～DD9組成，這些數(shù)據(jù)用來(lái)控制VCM驅(qū)動(dòng)器的輸出電流。數(shù)據(jù)位DD9決定轉(zhuǎn)換增益GVCM，GVCM確定輸入數(shù)據(jù)寄存器的輸入數(shù)據(jù)與VCM放大器的輸出電流之間的關(guān)系。方式控制寄存器由MDo～MD9組成，其中MDo、MD1用于主軸電機(jī)工作方式選擇；MD6選擇VCM使能控制；MD0選擇時(shí)鐘flk (pin12)頻率；MD2、MD8選擇芯片節(jié)能控制方式。如果選擇了內(nèi)部通信方式，電機(jī)的通信自動(dòng)地被選擇為B-EMF檢測(cè)驅(qū)動(dòng)。
3 打印機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)ICHA13408
HA13408是9路功率驅(qū)動(dòng)器IC，設(shè)計(jì)用來(lái)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣式打印機(jī)。這種集成電路有9個(gè)輸出管腳，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)電機(jī)用于打印紙的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，另一臺(tái)電機(jī)用于打印頭進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，每一條驅(qū)動(dòng)通路都是各自獨(dú)立的。該集成電路的主要特點(diǎn)是，輸出電流大，每個(gè)通路的****電流是1. 5A；高的支持電壓，最小為sov;低飽和電壓，低電源電流，低輸入電流；與TTL，LSTTL以及sv CMOS電路兼容；內(nèi)部帶有齊納二極管，低內(nèi)阻封裝，使用時(shí)不需要再連接外部元件，典型應(yīng)用電路如圖6所示。
在該電路中峰值輸出電流IP和維持時(shí)間t,u,可以用公式得到：
直流電阻，VCC2是電機(jī)繞組外接的支持電壓，是峰值電流維持電壓。用一個(gè)HA13408驅(qū)動(dòng)一個(gè)電感負(fù)載的功率損耗由下式?jīng)Q定：
(1)在導(dǎo)通時(shí)間為ton時(shí)，每個(gè)通路的平均功耗為：
(2)平均功耗為：
李峻：男，1945年8月28日出生，****工程師，主要研究電機(jī)控制及數(shù)據(jù)通信等。
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