基于L6506線性集成電路采用斬波方法實現(xiàn)恒定電流控制

L6506是一款可以檢測并監(jiān)控步進電機或其他相類似設(shè)備電流的線性集成電路?？膳c功率驅(qū)動級芯片像L293D、L298N，L6201/02/03配套使用，針對感性負載組成恒流驅(qū)動電路。

L6506可以針對兩相雙極或四相單極性電機配置。圖1是L6506配套L298N實現(xiàn)的雙極性電機驅(qū)動電路。圖2中的電路實現(xiàn)了一個四相單極性電機驅(qū)動電路。在這兩個電路中，L6506用于監(jiān)控每個電機繞組內(nèi)的電流。其工作原理是通過監(jiān)測流過檢測電阻（Rsense）上的電壓來監(jiān)測電流，利用脈寬調(diào)制控制使電流維持在某個設(shè)定的值。芯片內(nèi)部的振蕩器負責驅(qū)動雙路斬波器，引腳1上的阻容網(wǎng)絡(luò)就是用于設(shè)置工作頻率，其計算方法如下：

R1 》 10 Kohm

圖1. L6506在兩相雙極步進電機中的應(yīng)用電路圖

芯片內(nèi)部振蕩器提供脈沖信號，使兩個觸發(fā)器置位，然后觸發(fā)器產(chǎn)生輸出信號，將外部的功率驅(qū)動器激活。一旦輸出被激活后，感性負載中的電流開始增加。當負載繞組中的電流達到預(yù)設(shè)峰值時，檢測電阻（Rsense）上的電壓等于輸入的參考電壓（Vref），對應(yīng)的比較器將其觸發(fā)器復(fù)位，這樣就會使功率驅(qū)動器輸出斷開，并通過一個回流通道，使電流逐漸變?nèi)?，直到下一個振蕩器脈沖出現(xiàn)。通過選擇檢測電阻（Rsense）的阻值和輸入?yún)⒖茧妷篤ref利用下面的方程式，可以設(shè)定每個繞組內(nèi)的峰值電流。其計算方法如下：

圖2. L6506在四相單極步進電機中的應(yīng)用電路圖

振蕩器的最小輸出脈寬值是由振蕩器（RC）的脈寬值或施加到SYN管腳上的信號來決定的，內(nèi)部振蕩器用于為同步輸入（SYN）提供窄脈沖，在設(shè)計中應(yīng)仔細考慮這個脈寬。在某些應(yīng)用中，我們會使同步輸入的脈寬比導(dǎo)通管開通（Turn on）延遲時間略長。這是因為開關(guān)噪聲和反向恢復(fù)電流流過檢測電阻（Rsense），使比較器檢測到高于峰值的電流值。L6506是采用這樣一種設(shè)計，內(nèi)部的觸發(fā)器是主導(dǎo)的器件，所以，每當同步輸入是“低”狀態(tài)時，即便比較器同時施加了復(fù)位信號，觸發(fā)器的Q輸出仍是“高”態(tài)。如果同步輸入脈寬足夠大，如圖3所示，在發(fā)生開關(guān)瞬變事件時，能夠阻止觸發(fā)器置位，可使該器件忽略這個錯誤數(shù)據(jù)。當使用內(nèi)部振蕩器時，通過更改引腳1上的電容值，可以修改脈寬，提高電容值將會增大脈寬。

圖3：負載電流和同步脈寬

圖4：振蕩電路和波形

振蕩器的器件選擇是決定電路性能的關(guān)鍵，從圖4中我們不難看出，除外部電阻和電容外，還要考慮內(nèi)阻，工作頻率方程式是：

通過觀察圖4，我們可以發(fā)現(xiàn)同步脈沖的有效時間（T2）和同步信號的無效時間（T1） 以及占空比的方程式 ：

把方程4和5代入方程6，然后求解R1的阻值，可以得出下面的外部器件的方程式：

觀看方程4，我們不難發(fā)現(xiàn)，當R1在最大值和Ri在最小值時， T2的脈寬最小。因此，當估算方程7時，為保證所需的脈寬，Ri的最小值應(yīng)為700歐姆（1KW–30%）。

當同時帶有多個負載時使振蕩器保持同步，為避免多個器件使用的地線噪聲問題，可以把每個器件的同步（SYNC）引腳都連至主器件的振蕩輸出引腳，沒有使用的振蕩器（R/C）的阻容引腳接地，如圖5所示。

通過給同步（SYNC）引腳施加同步脈沖，可以使這些器件與外部電路同步。但輸出的最小開通（ON）時間仍由輸入脈沖決定，從而設(shè)定最小平均輸出電流。

圖5. 同步多個器件

L6506可配合一個全橋驅(qū)動器，用于雙極性電機，如圖1所示；或者配合一個四路達林頓復(fù)合晶體管陣列，用于四相單極性電機 ，如圖2所示。對于每一種配置，都可以利用如圖6所示的四相輸入實現(xiàn)整步或半步控制。

圖6. 步進電機驅(qū)動的輸入信號

單極性電機的回流通道是經(jīng)過一個二極管，而雙極性電機的回流通道是經(jīng)過一個二極管和一個下橋臂晶體驅(qū)動器。當實現(xiàn)一個半步電機控制時，L6506的兩路輸出在一相的半步中都將保持低態(tài)。這是因為，當驅(qū)動一個雙極性電機時，電機繞組的電流衰減時間可能很長。所以可以將功率級（L298N）輸出設(shè)為低，使得電流快速衰減。

因為每個通道的輸入?yún)⒖茧妷篤ref都是獨立的，可以獨立設(shè)置每個負載的電流，因此，該器件可用于實現(xiàn)微步驅(qū)動或?qū)崿F(xiàn)不同的的峰值電流和保持電流驅(qū)動，只需要通過改變Vref的值就可以實現(xiàn)。如果不想用昂貴的D/A器件來得到正弦波或可變的Vref，我們可以利用一種簡單的方法來實現(xiàn)。將微控制器輸出的PWM通過一個低通濾波器從而得到變化的Vref，如圖7。假定PWM輸出從0-5V。那么輸出的電壓是

圖7：通過PWM得到可變的Vref

目前意法半導(dǎo)體采用新的BCD工藝，推出了POWERSPIN系列產(chǎn)品，其中L6207，L6227將斬波和功率驅(qū)動器集成到了一起來實現(xiàn)電流控制。其工作原理不同于L6506的恒定工作頻率，采用的是恒定“OFF”時間來實現(xiàn)，其“ON”時間由電機線圈繞組的特性和供電電壓決定，所以對于不同的負載其工作頻率是變化的，但仍然采用斬波方法實現(xiàn)恒定電流控制。

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