一種步進電機的恆轉矩驅動電路的製作方法
2023-06-09 03:53:41
專利名稱：一種步進電機的恆轉矩驅動電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種步進電機的恆轉矩驅動電路，屬於步進電機驅動技術領域。
背景技術：
步進電機是一種將離散的電脈衝信號轉化成相應的角位移或線位移的電磁機械 裝置，它具有轉矩大、慣性小、響應頻率高等優點，已經在當今工業上得到廣泛的應用。但是 由於步進電機的步距角較大，一般為1.5° -3°，往往滿足不了某些高精密定位、精密加工 等方面的要求。實現步進電機的細分驅動，是減小步距角、提高步進解析度、增加電機支行平穩性 的一種行之有效的方法。但傳統的步進電機驅動方法存在驅動電壓低、轉矩不恆定、噪音大 等不足。
發明內容本實用新型主要目的在於解決上述問題和不足，提供一種轉矩恆定、電機運轉平 穩、噪音低的步進電機恆轉矩驅動電路。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是一種步進電機的恆轉矩驅動電路，包括單片機控制單元，與輸入的脈衝、方向控制信號連接，通過檢測步進電機的輸入信 號控制步進電機的運轉；邏輯電路，與單片機控制單元的輸出端連接，用於隔離和提高電路的驅動能力；檢測與放大電路，連接於繞組的輸出端與單片機控制單元之間，用於實時反饋步 進電機繞組流過的電流值；驅動電路，與所述邏輯電路的信號輸出端連接，控制電機繞組上的電流保持恆定， 進而驅動步進電機恆轉矩運轉及控制步進電機的運轉方向。其中，所述驅動電路為H橋驅動電路，功率管SWl和SW3分別連接於輸入電壓與一 相繞組的兩個端點之間的上橋臂上，功率管SW2和SW4分別連接於參考電位與該相繞組的 兩個端點之間的下橋臂上，每個功率管SW1、SW2、SW3、SW4再並聯一個續流二極體VD1、VD2、 VD3、VD4，功率管SW1、SW2、Sff3, SW4分別與所述邏輯電路的信號輸出端連接。所述單片機控制單元為DSP或為PS0C。所述步進電機的輸入電壓為110V。綜上內容，本實用新型所述的步進電機的恆轉矩驅動電路，在選擇了合理的電流 波形的基礎上，基於單片機控制步進電機恆轉矩細分驅動。該電路實現電流閉環控制，並通 過周期性的控制電機勵磁線圈充放電及續流方式周期性的控制勵磁線圈的電流變化，保證 驅動電機高速平穩運行。具有輸入電壓高、轉矩恆定、轉動速度快、轉矩波動小、運行功耗 小，可靠性高，通用性好、有效降低電磁噪音等優點，轉矩可保證電機在運行過程中更平穩， 沒有抖動，特別適合在定位精度要求較高的機械設備上使用，可以適用於兩相和三相步進電機。
圖1本實用新型驅動電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述本實施例以兩相步進電機為例，進行詳細說明。如圖1所示，一種步進電機的恆轉矩驅動電路，包括單片機控制單元、邏輯電路、 檢測與放大電路及驅動電路。其中，單片機控制單元與輸入的脈衝、方向控制信號連接，通過檢測步進電機的 脈衝及方向輸入信號來相應地控制步進電機的運行情況，其中，方向信號表示的是步進電 機運行方向，脈衝信號可以告訴單片機控制單元得到一個脈衝以後即控制電機走一步。在單片機控制單元中實現的控制算法，可以根據電機的總電流計算出各相繞組的 細分電流的標準值。單片機控制單元為DSP或為PS0C，其中，DSP的型號為56F8013，PSOC 的型號為CY8C27543。邏輯電路與單片機控制單元的輸出端連接，邏輯電路可以起到較好的隔離作用， 減少驅動電路中的開關開閉時對單片機的幹擾，同時，由於單片機的驅動能力較弱，邏輯電 路還可以提高電路的驅動能力。檢測與放大電路在電機每相繞組(AC和BD)的輸出端與單片機控制單元之間都 連接檢測與放大電路，在電機每相繞組(AC和BD)的輸出端與參考電位之間連接一採樣電 阻Re，檢測與放大電路實時採樣繞組電流，實時向單片機控制單元反饋步進電機AC繞組和 BD繞組流過的電流值，實現電流閉環控制，單片機控制單元將檢測到的電流值與當前位置 的標準電流值比較，進而控制每相繞組上電流的大小。驅動電路為H橋驅動電路，每相電機繞組的輸出端均連接有H橋驅動電路，由邏輯電路控制，用於控制電機 繞組上的電流保持恆定，進而驅動步進電機恆轉矩運轉及控制步進電機的運轉方向。H橋驅動電路包括四個功率管SWl、SW2、SW3、SW4及四個續流二極體VD1、VD2、VD3、 VD4,功率管SW1、Sff2, Sff3, SW4分別與邏輯電路的輸出端連接。功率管SWl連接於輸入電壓與繞組的A(B)點之間的上橋臂上，功率管SW2連接於 繞組的A(B)點與參考電位之間的下橋臂上，功率管SW3連接於輸入電壓與繞組的C(D)點 之間的上橋臂上，功率管SW4連接於繞組的C(D)點與參考電位之間的下橋臂上。在輸入電 壓與功率管SWl的輸出端之間並聯一續流二組管VD1，在輸入電壓與功率管SW3的輸出端之 間並聯一續流二組管VD3，在參考電位與功率管SW2的輸入端之間並聯一續流二組管VD2， 在參考電位與功率管SW4的輸入端之間並聯一續流二組管VD4。功率管SWl和SW4和續流二極體VDl和VD4，控制步進電機正轉電流；功率管SW3 和SW2和續流二極體VD3和VD2，控制步進電機反轉電流。本發明所述的步進電機的恆轉矩驅動電路，可以實現電流閉環控制方式，具體控 制方法包括如下步驟[0029](1)將步進電機的脈衝及方向控制信號輸入給DSP或為PSOC單片機控制單元。(2)單片機控制單元通過檢測與放大電路獲得在步進電機繞組上流過的電流大 小，並將此檢測電流與預先通過單片機控制單元的控制算法計算出的標準電流值相比較。如果單片機控制單元收到下一步的脈衝信號以後，則調整電流標準值，使得當前 流過繞組的電流調製為新的標準值。(3)通過檢測電流值和當前位置的標準電流值比較的差值輸出PWM信號，控制驅 動電路中四個功率管SW1、Sff2, Sff3, SW4的關閉和導通，並輸出該相繞組的調製波形，通過 調整所述功率管SW1、SW2、SW3、SW4和續流二極體對所述繞組的充放電及續流方式，進而控 制步進電機繞組上的電流的大小，使步進電機繞組上的電流為恆定值。電流的穩定控制可以保證輸出轉矩的穩定，而電機控制中頻繁的換相使電流的波 形起伏較大，本發明根據功率控制管和二極體對電機繞組的充放電特點及續流方式，使電 機兩相合成電流為恆定值，從而保證電機平穩運轉。步進電機每相繞組電流的輸出波形為正弦波形，在電流上升階段，單片機控制單 元控制功率管SWl和SW4導通，此時，直流電源在步進電機繞組上直通，步進電機正轉，使繞 組電流迅速上升，上升到額定值時，控制功率管SWl和SW4關閉，相應的續流二極體VDl和 VD4起作用，使每相繞組上的電流保持恆定。在電流下降階段，採用混合降低的方式，首先控制功率管SWl關閉而功率管SW4導 通的組合方式，使電流快速降低，降低至額定值時，再控制功率管SW1、SW4均關閉的組合方 式，使電流慢速降低，保持繞組上的電流恆定。混合模式可兼顧電流紋波及電機高速旋轉時 的電流波形，使電機平穩低噪聲高速運轉。相反，當步進電機反轉時，在電流上升階段，單片機控制單元號控制功率管SW3和 SW2導通，使繞組電流迅速上升，上升到額定值時，控制功率管SW3和SW2關閉，相應的續流 二極體VD3和VD2起作用，使每相繞組上的電流保持恆定。在電流下降階段，首先控制功率 管SW3關閉而功率管SW2導通的組合方式，使電流快速降低，降低至額定值時，再控制功率 管SW3、SW2均關閉的組合方式，使電流慢速降低，保持繞組上的電流恆定。為保證步進電機運轉更加平穩，本實施例將步進電機的輸入電壓提高至110V。如上所述，結合附圖所給出的方案內容，可以衍生出類似的技術方案。但凡是未脫 離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單 修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.一種步進電機的恆轉矩驅動電路，其特徵在於包括單片機控制單元，與輸入的脈衝、方向控制信號連接；邏輯電路，與單片機控制單元的輸出端連接；檢測與放大電路，連接於繞組的輸出端與單片機控制單元之間；驅動電路，與所述邏輯電路的信號輸出端連接。
2.根據權利要求1所述的步進電機的恆轉矩驅動電路，其特徵在於所述驅動電路為H 橋驅動電路，功率管SWl和SW3分別連接於輸入電壓與一相繞組的兩個端點之間的上橋臂 上，功率管SW2和SW4分別連接於參考電位與該相繞組的兩個端點之間的下橋臂上，每個功 率管 SWl、Sff2, Sff3, SW4 再並聯一個續流二極體 VD1、VD2、VD3、VD4,功率管 SWl、Sff2, Sff3, SW4分別與所述邏輯電路的信號輸出端連接。
3.根據權利要求1所述的步進電機的恆轉矩驅動電路，其特徵在於所述單片機控制 單元為DSP或為PS0C。
4.根據權利要求1所述的步進電機的恆轉矩驅動電路，其特徵在於所述步進電機的 輸入電壓為110V。
專利摘要本實用新型涉及一種步進電機的恆轉矩驅動電路，採用電流閉環控制方式，包括單片機控制單元，與輸入的脈衝、方向控制信號連接，通過檢測步進電機的輸入信號控制步進電機的運轉；邏輯電路，與單片機控制單元的輸出端連接，用於隔離和提高電路的驅動能力；檢測與放大電路，連接於繞組的輸出端與單片機控制單元之間，用於實時反饋步進電機繞組流過的電流值；驅動電路，與所述邏輯電路的信號輸出端連接，控制電機繞組上的電流保持恆定，進而驅動步進電機恆轉矩運轉及控制步進電機的運轉方向。本實用新型具有輸入電壓高、轉矩恆定、轉動速度快、轉矩波動小、運行功耗小、有效降低電磁噪音等優點。
文檔編號H02P8/18GK201937531SQ20112002675
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者劉美堂, 張勇, 張永利 申請人:山東朗進科技股份有限公司