基于TB6560的步进电机驱动电路设计
摘要：提出基于步进电机驱动芯片TB6560的电路设计方案，包括步进电机控制信号隔离电路、主电路及自动半流电路的设计，给出具体的驱动电路图，并就步进电机驱动时产生的失步和越步现象给出了解决方法。该驱动电路在雕刻机实际应用中，取得了良好电感器生产厂家效果，满足设计要求。
关键词：TB6560；步进电机；驱动电路；自动半流电路
引言
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；其次，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有L297和L298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 A左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片TB6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案。
1 步进电机驱动电路设计
1．1 TB6560简介
TB6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥MOSFET驱动；最高耐压40 V，单相输出最大电流3．5 A(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，绕行电感器温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用HZIP25封装。TB6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。
1．2 步进电机控制信号隔离电路
步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(CLK、CW、ENABLE)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对CIK、CW信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6N137高速光耦隔离CLK、CW，其信号传输速率可达到10 MHz，1片TLP521普通光耦隔离ENABLE信号。应用肘注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。
1．3 步进电机主电路
如图2所示，步进电机主电路主要包括驱动电路和逻辑控制电路两扁平型电感大部分。
驱动电路电源采用28 V，电压范围为4．5～40 V，提高驱动电压可增大电机在高频范围转矩的输出，电压选择要根据使用情况而定。VMB、VMA为步进电机驱动电源引脚，应接入瓷片去耦电容和电解电容稳。OUT_AP、OUT_AM、OUT_BP、OUT_BM引脚分别为电机2相输出接口，由于内部集成了续流二极管，这4个输出口不用像东芝公司的8435驱动芯片那样外接二极管，从而极大地减小电路板的布线空间。NFA、NFB分别为电机A、B相最大驱动电流定义引脚，最大电流计算公式为IOUT(A)=0．5(V)／RNF(Ω)，若预先定义电机每相的最大驱动电流为2．5 A，取RNF=0．2Ω，则PGNDA、PGNDB、SGND分别为电机A、B相驱动引脚地和逻辑电源地。
逻辑控制电路电源为5 V，VDD为逻辑电源引脚，应接入去耦电容和旁路电容减小干扰噪声；MO、PROTECT为工作状态和过流保护指示灯；为芯片复位脚，低电平有效；OSC所接电容的大小决定了斩波器频率，推荐100～1 000 pF，斩波频率为400～44 kHz；M2、M1为细分设置引脚，外接拨码开关可设定不同的细分值，如整步、半步、1／8细分、1／16细分。由于步进电机在低频工作时，有振动大、噪声大的缺点，需要细分解决。
步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小。DCY2、DCYl外接拨码开关设置电流衰减模式(0、25％、50％、100％)，用于满足不同的步进电机需要。由于电机本身状况、供电电源状况及脉冲频率等其他因素的影响，步进电机可能会产生高频噪声，通过电流衰减模式的设置可手机电感器减小甚至消除这种噪声。图3显示了衰减模式为0和50％时线圈电流的变化，可看出波形具有明显的改善。
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