步進電機的斬波式恆流驅動器的製作方法
2023-07-28 10:33:36 3
專利名稱:步進電機的斬波式恆流驅動器的製作方法
本實用新型公開了一種步進電機的驅動器。
步進電機的機械特性不僅與步進電機本身的特性及負載有關，而且與配套使用的驅動器有著十分密切的關係。同樣一臺步進電機在不同的驅動器線路的驅動下會表現出不同的運行特性來。電流反饋式高壓開關線路是目前性能比較好的驅動線路，該線路的跟蹤速度比較快，高速性能比較好。但由於具驅動電流的上升、下降沿都較徒，低速運行時脈振衝擊嚴重，這對慢速的切削給進是很不利的，因此，當負載較輕時，易產生振蕩，而造成工作不穩定；此外，該線路較複雜，製造工藝麻煩、維修不便、成本高也是不容忽視的缺點。
針對以上的缺點，本實用新型的任務是設計一種高、低速性能都比較好的、製造工藝簡單、成本低廉的步進電機驅動器－－斬波式恆流驅動器。
下面將結合附圖對本實用新型實施例的工作原理作詳細描述。
圖1，本實用新型的原理線路圖。
圖2，無平滑控制信號輸入時，輸入控制信號和驅動電流的波形圖。
圖3，輸入平滑控制信號時，輸入控制信號和驅動電流的波形圖。
圖1中，(1)為控制信號輸入端；(2)為平滑控制信號輸入端；BG1，BG2為前置放大管；BG3、BG4組成電壓比較電路，為達到溫度補償的目的，BG3、BG4接成不對稱或差動電路，並固定在同一個散熱器上；D2為矽二極體或穩壓二極體，它與R4組成基準電壓電路，接在BG3發射結的D2為電壓比較電路提供了基準電壓；接在BG4發射極的R5為電流取樣電阻；BG4又為功率放大管；RC為電壓反饋定時電路，反饋信號由BG4的集電極引出；BG5為平滑控制三極體；L1、L2分別為步進電機的工作繞組和續流繞組，L2、D3為續流迴路；Ec1，為前置放大電源；EC2為步進電機電源。
圖2、圖3中，Ui為輸入控制信號電壓；Up為平滑控制信號電壓；Il為驅動電流。
線路工作原理若在(1)端輸入一個負脈衝控制信號，則D1不通，BG1截止，BG2飽和，BG3截止，BG4導通，繞組L1中驅動電流I1上升，R5上的壓降、BG4的基極電位、BG3的發射極電位都隨著上升，當I1上升到額定值時，Ve3上升到使BG3由截止進入導通狀態。此時，由於分流作用，使Ve3(Vb4)下降，引起Vc4上升，C的充電電流上升，經過RC正反饋使BG1迅速飽和，BG2、BG3、BG4迅速關斷，電源Ec2與L1的自感電動勢相加後繼續向C充電，同時在L1斷流後，繞組電流由L2經D3向電源續流，這一過程形成了斬波的下降沿。經過一段時間後，隨著C兩端電壓升高，充電電流Ic減小到不足以維持BG1飽和導通狀態時，電路發生了另一次正反饋連鎖反應
這一反饋過程使BG1迅速截止，BG2、BG4迅速導通，I1上升……，如此往復循環形成了斬波列，直到(1)端的負脈衝信號結束，D1導通，BG1飽和，BG2、BG3、BG4關斷，I1迅速降為零。上述整個過程所產生的斬波驅動電流如圖2所示，可以看出驅動電流的上升沿、下降沿都很陡峭，所以本驅動線路具有良好的高速性能。
為了獲得良好的低速性能，本線路設置一個包括BG5在內的平滑控制電路。平滑控制三極體BG5的集射極與D2並聯。當在(2)端輸入一個足夠大的信號時，BG5即處於飽和狀態，其飽和電壓降隨輸入信號的大小而改變。由於三極體的飽和壓降低於D2的壓降，這時，電壓比較電路的基準電壓由BG5的飽和壓降所取代，變為可控。即是說斬波的峰值電流可通過改變(2)端控制信號的大小來控制。當步進電機處於低速運行時，為增大提高其穩定性，可在(2)端輸入一個階梯形的平滑控制信號Up，使斬波峰值電流呈階梯形變化(見圖3)，這時驅動電流的上升沿、下降沿趨於平緩，滿足了低速性能的要求。
本實用新型的平滑控制電路的另一個功能是可降低步進電機處於暫時停機狀態時的能耗。當步進電機暫時停機時，一般驅動電路都輸出一自鎖電流，這時，工作電流可達到最大、考慮到一般步進電機的靜力矩比運行力矩大一倍左右，而且所帶負載往往是反抗性負載，為節電計，可在電機自鎖時，由(2)端輸入一高電平，將驅動電流減少一倍左右。
工作繞組L1和續流繞組L2為一並聯繞組，目前國產的步進電機只有多股並繞的工作繞組，而沒有設置續流繞組L2，在實施中，我們將單相多股並繞的工作繞組分成兩組，分別作為工作繞組L1和續流繞組L2。由L2、D3組成的續流迴路的功能是，當BG4關斷後，L1中的自感電動勢耦合到L2，通過D3向電源回饋續流，使L1的磁通不發生突變，防止了在L1中產生過高的自感電動勢，保護BG4不被擊穿，同時，也改善了驅動電流的下降沿；另外，L2中的回饋續流向電源回饋電能，也達到了省能的目的。
改裝國產步進電機的工作繞組，所帶來的銅損增大，溫升偏高的問題通過在電機自鎖期間壓低驅動電流，降低工作繞組溫升的方法加以補償。
步進電機以三相六拍方式運行時，平滑控制輸入端(2)可以是三相共用。
綜上所述，本實用新型具有良好的高、低速性能，線路簡單，所需元件無特殊要求，成本低廉，便於推廣。
權利要求
1.一種步進電機的斬波式驅動器，包括前置放大器，功率放大器，定時電路，基準電壓發生電路，電流取樣，電壓比較電路，續流迴路，平滑控制電路，其特徵在於，定時電路為RC電壓正反饋定時電路，電壓比較管(BG3)的發射結與基準電壓二極體(D2)串聯，平滑控制三極體(BG5)的集射極與基準電壓二極體(D2)並聯，電流取樣電阻(R5)與功率管(BG4)發射極連接。
2.根據權利要求
1所述的驅動器，其特徵在於，所述的電壓比較三極體(BG3)的發射極與功率管(BG4)的基極連接，並固定在同一個散熱器上。
3.根據權利要求
1所述的驅動器，其特徵在於，所述的基準電壓二極體(D2)是矽二極體或穩壓二極體。
4.根據權利要求
1所述的驅動器，其特徵在於，所述續流迴路中的工作繞組(L1)和續流繞組(L2)是同一相的二個並聯繞組，可以通過改接普通單繞組電機中的多股並繞繞組的接線方式，將它們分成兩組來得到。
5.根據權利要求
1所述的驅動器，其特徵在於，所述的RC正反饋定時電路的信號由功率管(BG4)的集電極引出。
專利摘要
一種步進電機斬波式恆流驅動器。本驅動器由於採用了RC電壓正反饋定時電路及包括有續流繞組在內的續流迴路，使驅動電流具有良好的上升沿和下降沿；簡單易行的平滑控制電路及電壓比較電路，使本驅動器具有平滑功能及省電功能。本驅動器同時兼有良好的高、低速性能、線路簡單、成本低廉、便於推廣。
文檔編號H02P8/00GK86202585SQ86202585
公開日1987年1月7日 申請日期1986年4月23日
發明者朱正風, 張閩 申請人:福建省機電學校技術服務公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan