基于THB7128驅(qū)動步進電機應(yīng)用電路設(shè)計

摘 要：步進電機在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，針對細分驅(qū)動步進電路，優(yōu)化設(shè)計THB7128的外圍電路，實現(xiàn)可設(shè)定細分數(shù)，驅(qū)動電流，對步進電機精確控制，為步進電機在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用提供性能可靠的驅(qū)動電路板。

關(guān)鍵詞：步進電機;THB7128;驅(qū)動電路;細分驅(qū)動

Abstract：Stepper motor is more and more widely applied in the field of medical equipment，in view of the subdivided driving stepper circuit，the optimization design of THB7128 peripheral circuit，realize fine fraction can be set，drive current，accurate control，the stepper motor for the application of step motor in the field of medical equipment to provide reliable performance of the drive circuit board.

Key words：Stepper motor;THB7128;Driving Board;Micro Stepping

步進電機采用電子換向，只要控制輸入脈沖信號的開關(guān)、頻率和數(shù)量，就可以控制步進電機的啟動、停止、速度、線性位移量或角位移量等[1]。步進電機以其價格便宜、易于實現(xiàn)速度和精確定位控制、無累積誤差等特點，在醫(yī)療設(shè)備的精確控制方面獲得廣泛應(yīng)用。

1 二相四線步進電機的細分驅(qū)動（micro stepping）

通過調(diào)節(jié)PWM寬度，控制各相繞組中的電流，使它們按一定的規(guī)律增加或減小，即在零電流到最大電流之間形成多個穩(wěn)定的中間電流狀態(tài)，相應(yīng)的合成磁場矢量的方向也將存在多個穩(wěn)定的中間狀態(tài)，驅(qū)動電機微動，即θ/N（N為細分數(shù)）[2]。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域中，步進電機采用細分驅(qū)動，可以顯著改善步進電機綜合使用性能，運行時具有小步距、低振動和低噪音的優(yōu)點。

2 THB7128主要功能與參數(shù)設(shè)置[3]

CLK為脈沖輸入端子，上升沿輸出勵磁step。CW/CCW為電機正反轉(zhuǎn)控制端子，低電平時，正轉(zhuǎn)，高電平時，反轉(zhuǎn)。細分設(shè)定端子（M1、M2、M3），L為低電平，H為高電平。調(diào)整VREF端子的電壓值，可設(shè)定驅(qū)動電流值，依據(jù)下面的公式計算。

3 電路設(shè)計

3.1 輸入端電路

如圖1所示，輸入端口有三組信號輸入：CP+/CP-，DIR+/DIR-，EN+/EN-;其中CP+/CP-通過高速光電耦合器6N137與THB7128的CLK端子連接;DIR+/DIR-，EN+/EN-各自通過一個光電耦合器EN817與THB7128的CW/CCWT，ENABLE端子連接。三組信號采用光電耦合器有效隔離的前后級的直流電源及高頻干擾。三組輸入信號用戶可以根據(jù)需要采用共陽極接法或共陰極接法。

3.2 驅(qū)動電流及細分數(shù)設(shè)置電路

如圖2所示，R35經(jīng)過撥碼開關(guān)的6、5、4選擇與R36、R37、R38是否并聯(lián)，再與R34串聯(lián)分壓，通過設(shè)置撥碼開關(guān)6、5、4的通斷，可以改變VREF端子參考電壓大?。∟FA/B接0.22歐姆電阻），從而設(shè)置驅(qū)動電流的大小。

如圖2所示，撥碼開關(guān)的3、2、1一端與分別THB7128的M1、M2、M3連接，通過上拉電阻接VCC+5V;另一端與GND連接。通過設(shè)置撥碼開關(guān)6、5、4的通斷，可以設(shè)置THB7128的細分數(shù)。

3.2.1 電源

如圖3所示，電源入口處串接一個肖特基二極管SS24預(yù)防電機感生電壓反串電源;接100uF和0.1uF兩個電容對電源進行濾波，減小雜波對電路的干擾。

如圖4所示，采用LM317輸出電壓可調(diào)的三端穩(wěn)壓集成芯片，合理選擇R22和R23的電路參數(shù)，使輸出電壓為穩(wěn)定的5V，再與發(fā)光二極管D21并聯(lián)，作為電源電路工作指示燈。

3.2.2 驅(qū)動輸出

如圖5所示，每個輸出端子與地之間需并聯(lián)一個電阻，其作用是減弱毛刺對芯片的損壞。并聯(lián)電阻大小取決于電機驅(qū)動電壓（VM），以電機驅(qū)動電壓24V為例，電阻為R=24/5mA，可取5.1K。

3.2.3 芯片其他電路

如圖6所示，在靠近15腳（VCC）、14腳（VM）管腳處各放置1個0.1uf的電容，濾除電源的高頻雜波脈沖，減小雜波對電路的干擾。設(shè)定斬波頻率為100kHz，所以在OSC1和GND端子之間串接100pF電容。由前可知NFA，NFB需外接0.22歐姆的檢測電阻，應(yīng)選擇5W的大功率電阻。

4 PCB板設(shè)計注意事項

PCB設(shè)計時原理圖中的濾波電容都不能少，建議每個電源的并聯(lián)電容盡量靠近引腳端。

PCB設(shè)計中最要注意是地線處理。如圖7所示，THB7128的1、6、10引腳必須先并連，然后與檢測電阻接地端連接，再連接到濾波電容負極。

如圖7所示加粗的黑線、四個輸出端子與輸出端口間的連接線、并聯(lián)的電阻連接線PCB布線時盡量加粗，其中芯片與檢測電阻的銅線長度最好小于1cm。以上敷銅線安全間距要大于0.381mm，最好采用0.5mm。

為更好地散熱，提高芯片工作效率和穩(wěn)定性，建議在THB7128下方開散熱孔，最好采用橫臥的方式，兩排引腳一排貼裝在頂板，另一排貼裝在底板。

按以上優(yōu)化參數(shù)設(shè)計的電路，按PCB注意事項設(shè)計制作的THB7128驅(qū)動板經(jīng)實際測試，能夠穩(wěn)定可靠地按照使用者的設(shè)置高效控制電機驅(qū)動電流和細分數(shù)。

參考文獻：

[1]胡維慶.基于PIC單片機的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2016，29（03）：109-111+61.

[2]程院蓮.淺析步進電機、伺服電機和舵機的區(qū)別[J/OL].輕工科技，2020（01）：36-37+62[2020-01-15].

[3]左岐，張濤，賈守強.基于THB7128和PLC的步進電機快速定位系統(tǒng)設(shè)計[J].中國科技信息，2012（12）：177+187.

作者簡介：朱承志（1976-），碩士研究生，副教授，電氣控制。