高速步進電機的驅動裝置的製作方法
2023-05-12 06:18:31
專利名稱：高速步進電機的驅動裝置的製作方法
技術領域：
高速步進電機的驅動裝置
技術領域：
本實用新型涉及自動控制技術領域中執行器件的步進電機，尤其涉及一種 高速步進電機的驅動裝置。
背景技術：
步進電機的性能是由電機本體和驅動裝置兩者配合決定的，目前的步進電
機驅動裝置主要有兩種實現方案 一種方案是基於金屬氧化物半導體場效應管 (MOSFET)等分立器件來實現；另 一種方案是基於專用集成電路(ASIC)來實 現。
但是，釆用以上兩種方案的步進電機驅動裝置均存在以下缺點首先，驅 動裝置的輸出端一般為電晶體輸出或MOSFET輸出，輸出電壓較低， 一般在40V
左右；其次，使用這些驅動裝置驅動步進電機時，步進電機在高速狀態下輸出 轉矩比低速狀態衰減較多，輸出轉矩很小。輸出電壓低、輸出轉矩小會導致輸 出軸負載能力較小，在負載較大時會影響轉速或造成爬行現象，降低步進電機 的性能。
實用新型內容
有鑑於此，有必要提供一種高速步進電機的驅動裝置，該驅動裝置可以輸 出高電壓，並且驅動步進電機時可以使其在高速狀態下也能輸出高轉矩，以達 到提高步進電機性能的目的。
為達到上述目的，提出以下的技術方案
一種高速步進電機的驅動裝置，包括接口模塊、步進電機控制晶片、驅動 放大模塊和橋臂
所述接口模塊接收控制信號，並將所述控制信號傳遞到所述步進電機控制
晶片;所述步進電機控制晶片將所述控制信號進行處理後輸入驅動放大模塊；所 述驅動放大模塊與所述步進電機控制晶片相連將所述控制信號進行放大後輸入橋臂；所述橋臂與所述驅動放大模塊相連根據其主電源電壓及放大後的所述控 制信號輸出對應電壓到步進電機端子，所述橋臂包括上半橋和下半橋，所述上 半橋和下半橋為絕緣柵雙極型功率管。
在一個實施例中，還包括光電耦合晶片，所述光電耦合晶片與接口模塊相 連並接收所述控制信號、對所述控制信號進行光電轉換及將所述控制信號傳遞 到所述步進電機控制晶片。
在一個實施例中，所述光電耦合晶片的輸入端為發光二極體，輸出端為晶 體管。
在一個實施例中，還包括取樣電阻；
所述橋臂下半橋經取樣電阻接地，所述取樣電阻一端與所述步進電機控制 晶片相連並輸出電流信號至所述步進電機控制晶片，所述步進電機控制晶片對 電流信號進行斬波恆流的處理。
在一個實施例中，所述步進電機控制晶片對所述電流信號進行脈衝分配、 細分的處理。
在一個實施例中，所述步進電機控制晶片釆用單片機或微控制器實現。 在一個實施例中，所述驅動放大模塊和橋臂均集成於智能功率模塊。 從以上技術方案可以看出，高速步進電機的驅動裝置中橋臂的輸出電壓直 接與步進電機端子相連，而橋臂為上下兩個半橋絕緣柵雙極型功率管。絕緣柵 雙極型功率管是一種中大功率器件，與MOSFET相比，絕緣柵雙極型功率管能輸 出更高的電壓。這樣，步進電機在工作時就處於高輸入電壓狀態。進一步，由 於步進電機在高輸入電壓作用下電路時間常數減小，從而輸入電機繞組的電流 增大，輸出轉矩也相應增大，因此由本驅動裝置驅動的步進電機在高速狀態下 也實現了高輸出轉矩，使步進電機具有更良好的性能。
圖i為高速步進電機的驅動裝置的結構框圖2為高速步進電機的驅動裝置中取樣電阻電路圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施例及說明書附圖進行詳細的描述。
如圖1所示，高速步進電機的驅動裝置主要包括接口模塊、步進電機控制 晶片、驅動放大模塊和橋臂。
一、 接口模塊
接口模塊接收控制信號，並將控制信號傳遞到步進電機控制晶片。接口模 塊接收從控制器發送過來的控制信號，如時鐘脈衝信號、方向信號等信號，控 制器一般為單片機、數位訊號處理器(DSP)等。控制器發出的各種控制信號如 時鐘信號、方向信號等，由接口模塊接收，並輸入到步進電機控制晶片的輸入 端。
二、 步進電機控制晶片
步進電機控制晶片將控制信號進行處理後輸入驅動放大模塊。步進電機控 制晶片主要用於實現斬波恆流功能和脈衝分配、細分功能。通過步進電機控制 晶片之後，控制器控制信號才具有驅動電機大電流的能力。
斬波恆流功能如圖2所示，橋臂包括上半橋100和下半橋200，橋臂下半橋 200經取樣電阻300接地，取樣電阻輸出電流信號，步進電機控制晶片對電流信 號進行斬波恆流的處理。橋臂下半橋200即低壓側經取樣電阻300接地，該取樣 電阻300檢測輸出電流信號，該信號同時也與步進電機控制晶片相連，反饋輸出 電流情況。步進電機控制晶片對電流信號進行處理，可實現斬波恆流功能。斬 波恆流功能是使用斬波技術，調節電機的電流，使它變化更平滑，不會發生突 變，從而使得步進電機的運動更平穩。
脈衝分配、細分功能步進電機控制晶片對電流信號進行脈衝分配、細分 的處理。脈衝分配、細分的意義在於將步進電機步距角變小，即每步的運動角 度變小，這樣相當於步進電機每步的動作變細了，但頻率加快。使得運動更平 滑，解析度更高。
在實際應用中，為節省成本，步進電機控制晶片可採用單片機或其它微控 制器來實現。
三、 驅動放大模塊和橋臂
5驅動放大模塊接收經步進電機控制晶片處理後的控制信號，經過放大後， 驅動橋臂工作。橋臂根據其主電源電壓及控制信號輸出對應電壓到步進電機端 子。橋臂包括上半橋和下半橋，本實施方式中，上半橋和下半橋都採用絕緣柵 雙極型功率管(IGBT)。
步進電機控制晶片輸出的控制信號通過驅動放大模塊放大，可以直接輸入
到橋臂的輸入端；橋臂根據其主電源電壓及輸入端信號的情況，輸出對應電壓； 橋臂的輸出電壓直接與步進電機端子相連。而橋臂包括上下兩個半橋IGBT。
IGBT是一種中大功率器件，其輸出電壓較高。這樣，步進電機在工作時就 處於高輸入電壓狀態。由於步進電機在高輸入電壓作用下電路時間常數減小， 從而輸入電機繞組的電流增大，輸出轉矩也相應增大，因此由本驅動裝置驅動 的步進電機在高速狀態下也實現了高輸出轉矩。
在優選的實施例中，驅動放大模塊和橋臂均集成於智能功率模塊UPM), 這樣，智能功率模塊(IPM)內部包含橋臂及其驅動放大模塊，其中橋臂為IPM 的輸出。
智能功率模塊不僅可以採用IGBT及其相應驅動放大模塊來實現，還可以通 過分立器件來實現。
如圖1所示，在優選的實施例中，高速步進電機的驅動裝置還包括光電耦 合晶片，光電耦合晶片的輸入端與接口模塊相連，輸出端與步進電機控制晶片 相連。光電耦合晶片用於接收控制信號，並將控制信號進行光電轉換後，傳遞 到步進電機控制晶片。
光電耦合晶片接收控制信號並實現控制信號與後續電路的光電隔離，防止 幹擾。光電耦合晶片輸入端是發光二極體，輸出端是電晶體輸出。輸入端信號 經光電轉換號通過輸出端輸出，這樣輸入信號與輸出信號之間就做到了光電隔 離，互不幹擾。
本實施例中，光電耦合晶片輸出與輸入之間的邏輯關係為輸出等於輸入。 光電耦合晶片的輸出信號輸入到步進電機控制晶片。高速步進電機的驅動裝置可通過光電耦合晶片接收來自控制器如單片機、 數位訊號處理器(DSP)等的信號，並且不會對控制器有任何幹擾。
以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和 詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是， 對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以 做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型 專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求1、一種高速步進電機的驅動裝置，其特徵在於，包括接口模塊、步進電機控制晶片、驅動放大模塊和橋臂所述接口模塊接收控制信號，並將所述控制信號傳遞到所述步進電機控制晶片；所述步進電機控制晶片將所述控制信號進行處理後輸入驅動放大模塊；所述驅動放大模塊與所述步進電機控制晶片相連將所述控制信號進行放大後輸入橋臂；所述橋臂與所述驅動放大模塊相連根據其主電源電壓及放大後的所述控制信號輸出對應電壓到步進電機端子，所述橋臂包括上半橋和下半橋，所述上半橋和下半橋為絕緣柵雙極型功率管。
2、 根據權利要求i所述的高速步進電機的驅動裝置，其特徵在於，還包括 光電耦合晶片，所述光電耦合晶片與接口模塊相連並接收所述控制信號、對所 述控制信號進行光電轉換及將所述控制信號傳遞到所述步進電機控制晶片。
3、 根據權利要求2所述的高速步進電機的驅動裝置，其特徵在於，所述光電耦合晶片的輸入端為發光二極體，輸出端為電晶體。
4、 根據權利要求i所述的高速步進電機的驅動裝置，其特徵在於，還包括 取樣電阻；所述橋臂下半橋經取樣電阻接地，所述取樣電阻一端與所述步進電機控制 晶片相連並輸出電流信號至所述步進電機控制晶片，所述步進電機控制晶片對 電流信號進行斬波恆流的處理。
5、 根據權利要求4所述的高速步進電機的驅動裝置，其特徵在於，所述步 進電機控制晶片對所述電流信號進行脈衝分配、細分的處理。
6、 根據權利要求l所述的高速步進電機的驅動裝置，其特徵在於，所述步 進電機控制晶片採用單片機或微控制器實現。
7、 根據權利要求1至6中任一項所述的高速步進電機的驅動裝置，其特徵在於，所述驅動放大模塊和橋臂均集成於智能功率模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種高速步進電機的驅動裝置，包括接口模塊、步進電機控制晶片、驅動放大模塊和橋臂所述接口模塊接收控制信號，並將所述控制信號傳遞到所述步進電機控制晶片；所述步進電機控制晶片將所述控制信號進行處理後輸入驅動放大模塊；所述驅動放大模塊與所述步進電機控制晶片相連將所述控制信號進行放大後輸入橋臂；所述橋臂與所述驅動放大模塊相連根據其主電源電壓及放大後的所述控制信號輸出對應電壓到步進電機端子，所述橋臂包括上半橋和下半橋，所述上半橋和下半橋為絕緣柵雙極型功率管。本實用新型的驅動裝置輸出電壓高，且由本驅動裝置驅動的步進電機在高速狀態下也實現了高輸出轉矩，使步進電機具有更良好的性能。
文檔編號H02P8/12GK201323549SQ200820235249
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者彭振興, 杜如虛, 謝小輝, 翠 馬 申請人:深圳先進技術研究院