CN1037612A

CN1037612A - 电磁绕组的快速驱动电路

Info

Publication number: CN1037612A
Application number: CN 89101084
Authority: CN
Inventors: 李幼夫; 林霞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1989-11-29

Abstract

一种为电磁绕组提供快速变化电流的驱动电路。该发明能够实现诸如步进电机和电磁铁绕组的高速驱动，电路以高频脉宽调制方式供电，使绕组电流具有快速的上升和下降速率，电流的大小可方便地进行动态调节，电路使用宽电压范围的单一电源，具有能量回授特性，低损耗、高的功率体积比和性能成本比，有广泛的应用价值。

Description

本发明是一种为电磁绕组提供快速变化电流的驱动电路，例如用于对步进电机绕组和电磁铁的驱动。

众所周知，电磁绕组的自身电感特性总是反抗其内部电流的变化，而步进电机一类电磁绕组在工作时的电流又往往要求具有较大的电流变化率，这给驱动电路带来了困难。现有技术中的高频开关电源型电流驱动电路是适用这一领域的较为理想的驱动形式，但存在一定问题。如美国专利“US-4574228”展示的电路，由于没有给绕组电流在关断时提供能量释放回路，因而只可能工作于低速驱动状态;再如欧州专利“EP-0234614”的电路形式，需要由两组电源向绕组回路供电，并且其中一组电源仅仅是用作吸收另一组提供的过剩能量而设置，这无疑增大了电路自身的损耗;又如欧州专利“EP-0059326”的H桥驱动电路则可以较为经济地向绕组提供两个方向快速交替变换的电流，但这种形式的电路仅适用于那些外部动作与内部电流方向相关的电磁绕组。

本发明是为克服现有技术中的不足而设计的一种高频脉宽调制供电并采取快速回授方式释放绕组能量的低损耗驱动电路。

本发明的工作原理是当外部“导通控制”信号作用于电压比较器C的选通端，使开关器件S₁开通，同时也作用于高频脉宽调制器PWM，使开关器件S₂开通，此时，电源E分别经过开关器件S₁，电流取样电阻R，电磁绕组L，和开关器件S₂向回路提供能量，回路电流迅速上升;电阻R上的电流取样信号经误差放大器A与外部“幅值控制”信号比较放大后，作用于高频脉宽调制器PWM，经调制后的脉冲占空比对S₂的导通时间进行反馈调节，从而限定了绕组回路的能量供给;在调制脉冲关断S₂期间，利用自身电感特性做为贮能元件的绕组L中的电流将通过二极管D₁，S₁，R构成续流回路，从而保证了绕组电流在高频脉冲作用下的延续性;由于上述调节过程是一负反馈过程，因而回路电流最终将稳定于外部“幅值控制”信号所决定的量值。

当外部“关断控制”信号作用于脉宽调制器PWM和比较器C的选通端时，开关器件S₁、S₂同步关断，此刻绕组L中以电流形式贮存的能量将通过D₁，E，二极管D₂以及R构成的释能回路释放，由于电感释能回路的电流流向与电源供电时极性相反，因而绕组L中的电流将获得很大的下降速率，保证了释能过程的迅速进行，同时大部分能量又回授给电源E，从而减小了回路能量损失。

电路在“导通控制”状态下，外部“幅值控制”信号能够对绕组电流幅度进行动态调节。当“幅值控制”信号增大，误差放大器A使脉宽调制器PWM输出的脉冲占空比相应增大，回路电流迅速上升;当“幅值控制”信号减小，电流随之减小，但是，由于此时S₁仍处于开通状态，绕组L中的能量只能沿续流回路D₁，S₁，R缓慢释放;如果外部“幅值控制”信号快速下变，并且其值小于通过分压电阻r₁，r₂分压后的电流取样信号时，比较器C的输出立即关断开关器件S₁，以保证在S₂关断期间给绕组电流提供快速释能回路，使电流跟随“幅值控制”信号经D₁，E，D₂，R而迅速改变。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1.该电路使绕组回路电流不但具有快速的上升速率，并且具有快速的下降速率，同时绕组电流可方便地通过“幅值控制”端进行动态调节。

2.电路由单电源向绕组回路供电，且绕组稳态电流与电源幅值无关，从而降低了对供电电源波动的要求。

3.电路适用于外部动作与内部电流方向无关的电磁绕组。

4.由于电路在脉冲工作时的电流回授特性以及回路开关器件的开关工作状态，加上小的回路内阻，因此，整个电路具有很低的功率损耗。

本发明附图的图面说明如下：

图一是本发明的原理示意图。图中C是电压比较器，A是误差放大器，PWM是脉冲宽度调制器，S₁，S₂是脉冲开关器件，D₁，D₂为开关二极管，L是电磁绕组，R是电流取样电阻，r₁，r₂为电流取样信号分压电阻，E是供电电源。

图二是本发明用于反应式步进电机单相驱动装置实施例的电路原理图。下面将结合图二做进一步说明：

图中电磁绕组的供电电源E选择具有可充电特性的电源，如电池组或输出设有滤波贮能电容的电压源，此类电源在能量回授时可以减小能量损耗;图中S₁，S₂使用适于大电流高速开关工作状态的场效应半导体器件，如VWOS-F.E.T.器件;S₁，S₂的栅极激励电路d₁d₂将提供陡峭的脉冲上下沿;二极管D₁，D₂也同样要求有快速的开关特性;由于电路中S₁，S₂不在同一电位工作，故对S₂的驱动采用脉冲变压器或高速光电耦合器进行电平隔离，此耦合器O将受控于PWM的高速时钟频率下，通常约100KHZ，取样电阻R值的选取应在满足误差放大器A和比较器的增益以及分辨率条件下，尽可能取小，从而减少回路电流在R上产生的压降，以利降低损耗;分压电阻r₁，r₂的比值决定了回路电流快速跟随控制信号阶跃下变时刻的原回路电流值与电流改变量的比值，即r₁/r₂越小时，电流下变时的跟随性越好，但回路电流快速变化引起的过冲现象将使S₁频繁动作，回路电流脉动增大，反之跟随性变差而电流脉动减小，本实施例选取r₁为r₂的10%;“幅值控制”信号的输入端增加-D/A变换器后，将适于整个电路的数控操作。

Claims

1、一种为电磁绕组提供快速变化电流的驱动电路，其特征如下，在电磁绕组回路中，供电电源E经开关器件S₁，电流取样电阻R，绕组L，开关器件S₂向回路提供能量，电流取样信号经误差放大器A与“幅值控制”信号比较后，作用于高频脉宽调制器PWM，对S₂的导通时间进行反馈调节，从而限定了利用自身电感特性做为贮能元件L的能量供给，在调制脉冲关断S₂的期间，绕组L中的延续电流通过二极管D₁，S₂，R保持。

2、根据权利要求1中的驱动电路其特征在于，“关断控制”信号作用于脉宽调制器PWM和比较器C，使开关器件S₁，S₂同步关断，绕组L中的电流经D₁，E，二极管D₂以及R迅速释放，在此过程中由于电流流经电源E的极性相反，故其中部分能量将回授给电源E。

3、根据权利要求1、2中的驱动电路，其特征在于，当“幅值控制”信号快速下变且其值小于经由分压电阻r₁，r₂分压后的电流取样信号时，比较器C的输出将关断S₁，与此同时，脉宽调制器PWM输出的脉冲占空比减小，在S₂关断期间，绕组L中的电流将跟随“幅值控制”信号迅速经D₁，E，D₂，R变化，r₁，r₂之比决定了回路电流快速跟随控制信号阶跃下变时刻的原回路电流与电流改变量的比值。