使用LX7720的電機(jī)驅(qū)動器：將LX7720連接到雙極步進(jìn)電機(jī)

隨著空間系統(tǒng)開發(fā)人員不斷努力減小關(guān)鍵模塊和元件的尺寸、重量和功率，他們還需要更高性能、抗輻射和耐輻射的組件來增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計。新技術(shù) - 例如更輕，更高集成的衛(wèi)星電機(jī)控制電路 - 可以承受極端空間環(huán)境并優(yōu)化航天器性能。

LX7720航天器電機(jī)驅(qū)動器經(jīng)過設(shè)計，經(jīng)過抗輻射處理。它是空間場可編程門陣列（FPGA）的配套集成電路（IC），例如Microchip的RTG4 FPGA和RT PolarFire? FPGA，或空間微控制器（MCU），例如Microchip的SAMRH71F20或SAMV71Q21RT。LX7720 中集成了電流檢測器、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器和霍爾效應(yīng)編碼器接口，減少了電路板空間和重量，同時提高了使用線圈電流反饋和轉(zhuǎn)子位置傳感的閉環(huán)電機(jī)控制的可靠性。

這是由八部分組成的系列文章的第7篇，該系列文章重點(diǎn)介紹LX7720的電機(jī)驅(qū)動器和電流檢測電路，從FET驅(qū)動器和電流檢測級內(nèi)的模塊理論開始，然后是外部元件的選擇，最后是無刷直流、雙極和單極步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。

LX7720包含1個帶浮動電流檢測的半橋驅(qū)動器，用于電機(jī)線圈驅(qū)動，7720個用于檢測霍爾效應(yīng)傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器的雙電平輸入（比較器），以及一個完整的旋變器/LVDT接口，帶初級線圈驅(qū)動器和次級信號調(diào)理。圖<>顯示了使用LX<>的典型電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的頂層框圖，并說明了在一個IC中集成閉環(huán)電機(jī)驅(qū)動器的所有混合信號電子器件的好處。

圖1.使用LX7720的典型電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

第一批博客討論了LX7720半橋級和集成電流檢測的基本原理。之前的博客討論了將LX7720與永磁同步電機(jī)和永磁同步電機(jī)（BLDC）一起使用。本博客討論將LX7720與雙極步進(jìn)電機(jī)配合使用。

LX7720包含<>個半橋驅(qū)動器級和<>個電流檢測放大器，足以驅(qū)動一個兩相雙極步進(jìn)電機(jī)。

圖2顯示了一個通用的兩相雙極步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)由四個半橋驅(qū)動器驅(qū)動，作為兩個H橋成對運(yùn)行。LX7720電路經(jīng)過簡化，省略了電流檢測和柵極驅(qū)動部分的電源和去耦。關(guān)鍵組件是四個半橋和電流檢測。

此處所示的架構(gòu)為每個繞組使用單個電流檢測，并與每個H橋的公共接地路徑串聯(lián)。每個H橋在其半橋輸出之一中具有雙向電流檢測功能。從VMPS電機(jī)電源進(jìn)入一個半橋的電流將通過另一個半橋流出，并且電流檢測電阻兩端將產(chǎn)生與此電流成比例的正電壓。由于進(jìn)入一個半橋的電流必須通過另一個半橋退出，因此只需要兩個電流檢測。

半橋FET及其集成體二極管所示。與FET并聯(lián)的二極管是在半橋FET關(guān)斷時承載換向電流的必要元件。FET關(guān)斷后的換向電流在第4篇博客中討論。FET 體二極管通常由分立二極管并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)速度和更低的壓降。電機(jī)繞組電流通常從電機(jī)電源 VMPS 流入高側(cè) FET，并通過低側(cè) FET 流出電機(jī)接地 MGND。在換向期間，當(dāng)FET關(guān)閉時，電流將由二極管與FET并聯(lián)。

圖2.具有接地側(cè)電流檢測功能的兩相雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器

另一種電流檢測架構(gòu)將電流檢測重新定位到每個H橋驅(qū)動輸出的一側(cè)。同樣，由于進(jìn)入一個半橋的電流必須通過另一個半橋退出，因此只需要兩個電流檢測。但是，如果需要，包括額外的電流檢測電路可提供冗余。圖3顯示了兩個未使用的電流檢測級接地引腳。

電流檢測現(xiàn)在是雙向的，具體取決于具有電流檢測的半橋是供應(yīng)電流還是吸收電流。

圖3.具有相位輸出電流檢測功能的兩相雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器

LX7720使用兩個內(nèi)部接地域（如圖3所示）作為信號接地SGND，以及電機(jī)接地MGND。SGND用于數(shù)字和模擬信號（控制電路）。MGND用于與外部半橋相關(guān)的電路 - FET驅(qū)動器、電流檢測和電機(jī)負(fù)載本身。電平轉(zhuǎn)換器管理 GND 域的交叉。在大多數(shù)應(yīng)用中，SGND和MGND兩個接地直接在PCB上連接在一起。第6篇博客詳細(xì)討論了接地域，特別是對于電源開關(guān)元件位于單獨(dú)模塊或PCB上的高功率電機(jī)設(shè)計。

同步電機(jī)也可提供兩相以上的繞組。由于LX7720中的半橋和電流檢測級是獨(dú)立的，因此可以一起使用多個LX7720來控制具有兩相以上的電機(jī)。

審核編輯：郭婷