CN104883102A

CN104883102A - 步进电机驱动电路

Info

Publication number: CN104883102A
Application number: CN201510270644.7A
Authority: CN
Inventors: 吴振宏
Original assignee: Shenzhen Yihua Computer Co Ltd; Shenzhen Yihua Time Technology Co Ltd; Shenzhen Yihua Financial Intelligent Research Institute
Current assignee: Shenzhen Yihua Computer Co Ltd; Shenzhen Yihua Time Technology Co Ltd; Shenzhen Yihua Financial Intelligent Research Institute
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2035-05-25
Also published as: CN104883102B

Abstract

本发明涉及电机驱动技术领域，具体涉及一种步进电机驱动电路，包括：MCU、滤波电路和控制电路，所述MCU输出的PWM信号与滤波电路连接，所述滤波电路输出的参考电压与控制电路连接，所述控制电路输出细分电流以控制步进电机；本发明采用电阻、电容组成滤波电路，配合MCU自身的PWM功能，能够实现自由地控制步进电机的相电流，从而实现对步进电机更大的细分，达到高精度、噪声小的效果，且简单可靠、成本低廉。

Description

步进电机驱动电路

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，具体涉及一种步进电机驱动电路。

背景技术

目前，步进电机广泛应用于各种自动控制系统中，而随着需求的增加，在高精度、小噪声的场合下都要求步进电机能达到更高的细分控制，一般的步进电机驱动芯片大多控制内部的电流等级来进行细分步数，因电流等级不平稳的变化容易造成电机运动引起的振动和噪声，而选择高性能的细分驱动器，也会使成本增高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种步进电机驱动电路，能够提高步进电机控制的精度，减少噪声，且成本低廉。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种步进电机驱动电路，包括：MCU、滤波电路和控制电路，所述MCU输出的PWM信号与滤波电路连接，所述滤波电路输出的参考电压与控制电路连接，所述控制电路输出细分电流以控制步进电机；其中，所述滤波电路包括：电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C4和电容C5，其中，电阻R6的一端连接PWM1节点，电阻R6的另一端与电阻R7的一端及电容C4的一端连接在一起，电阻R7的另一端与电阻R8的一端及VREF1节点连接在一起，电容C4的另一端与电阻R8的另一端一起接地，电阻R11的一端连接PWM2节点，电阻R11的另一端与电阻R12的一端及电容C5的一端连接在一起，电阻R12的另一端与电阻R13的一端及VREF2节点连接在一起，电容C5的另一端与电阻R13的另一端一起接地，其中，PWM1节点及PWM2节点分别与MCU连接用于接收MCU输出的PWM信号。

优选地，所述电阻R6和电阻R11的电阻值皆为270Ω，电阻R7、电阻R8、电阻R12和电阻R13的电阻值皆为200KΩ，电容C4和电容C5的电容值皆为100nF。

优选地，所述控制电路包括：控制芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C1、电容C2、电容C3、电容CT1和电感L1，其中，所述控制芯片U1的型号为BD6384，控制芯片U1的管脚23连接VREF1节点，控制芯片U1的管脚24连接VREF2节点，控制芯片U1的管脚25与电容C3的一端及电阻R3的一端连接在一起，电容C3的另一端与电阻R3的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚26与电容C1的一端及电阻R1的一端连接在一起，电容C1的另一端与电阻R1的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚20连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接5V电源端，控制芯片U1的管脚19连接PHASSE1节点，控制芯片U1的管脚18连接PHASSE2节点，控制芯片U1的管脚13与电阻R14的一端及I02节点连接在一起，控制芯片U1的管脚14与电阻R15的一端及I12节点连接在一起，控制芯片U1的管脚15与电阻R16的一端及I01节点连接在一起，控制芯片U1的管脚16与电阻R17的一端及I11节点连接在一起，电阻R14的另一端与电阻R15的另一端、电阻R16的另一端及电阻R17的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚28和管脚41一起接地，控制芯片U1的管脚40数字接地，控制芯片U1的管脚27与管脚29、电阻R9的一端及电阻R10的一端连接在一起，电阻R9的另一端连接5V电源端，电阻R10的另一端接地，控制芯片U1的管脚38与管脚39及电阻R5的一端连接在一起，电阻R5的另一端数字接地，控制芯片U1的管脚3与管脚2及电阻R4的一端连接在一起，电阻R4的另一端数字接地，控制芯片U1的管脚6、管脚7、管脚34及管脚35连接至步进电机，控制芯片U1的管脚21连接5V电源端，控制芯片U1的管脚9、管脚11、管脚32与电容CT1的正极、电容C2的一端及电感L1的一端连接在一起，电感L1的另一端连接12V电源端，电容CT1的负极与电容C2的另一端一起数字接地，控制芯片U1的剩余管脚悬空。

优选地，所述电容C1与电容C3的电容值皆为1nF，所述电阻R1与电阻R3的电阻值皆为39KΩ，所述电阻R2的电阻值为10KΩ，所述电阻R14与电阻R15、电阻R16、电阻R17的电阻值皆为1KΩ，所述电阻R9的电阻值为24KΩ，所述电阻R10的电阻值为3.9KΩ，所述电阻R4与电阻R5的阻值皆为1Ω，所述电容CT1的参数为100μF/25V，所述电容C2的电容值为0.33μF，所述电感L1的参数为10μH/2A。

优选地，所述步进电机为两相步进电机，所述两相步进电机的A相的一端连接控制芯片U1的管脚6，A相的另一端连接控制芯片U1的管脚7，所述两相步进电机的B相的一端连接控制芯片U1的管脚34，B相的另一端连接控制芯片U1的管脚35。

优选地，所述PHASSE1节点和PHASSE2节点分别控制两相步进电机A、B相电流的方向，所述I02节点、I12节点、I01节点和I11节点分别控制A、B相电流的大小等级，VREF1节点和VREF2节点用于检测A相、B相的参考电压，电阻R4、电阻R5分别为A相、B相的反馈电阻，每相最大的电流由参考电压和反馈电阻决定：Imax=Vref/(R*5)。

本发明的有益效果为：一种步进电机驱动电路，包括：MCU、滤波电路和控制电路，所述MCU输出的PWM信号与滤波电路连接，所述滤波电路输出的参考电压与控制电路连接，所述控制电路输出细分电流以控制步进电机；本发明采用电阻、电容组成滤波电路，配合MCU自身的PWM功能，能够实现自由地控制步进电机的相电流，从而实现对步进电机更大的细分，达到高精度、噪声小的效果，且简单可靠、成本低廉。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种步进电机驱动电路的功能结构图。

图2是本发明实施例提供的一种步进电机驱动电路的电路图。

图3是本发明实施例提供的控制电路的电路图。

图4是现有技术中步进电机四级控制示意图。

图5是本发明实施例提供的步进电机控制示意图。

具体实施方式

下面结合图1-图5并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种步进电机驱动电路，包括：MCU、滤波电路和控制电路，所述MCU输出的PWM信号与滤波电路连接，所述滤波电路输出的参考电压与控制电路连接，所述控制电路输出细分电流以控制步进电机；其中，如图2所示，所述滤波电路包括：电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C4和电容C5，其中，电阻R6的一端连接PWM1节点，电阻R6的另一端与电阻R7的一端及电容C4的一端连接在一起，电阻R7的另一端与电阻R8的一端及VREF1节点连接在一起，电容C4的另一端与电阻R8的另一端一起接地，电阻R11的一端连接PWM2节点，电阻R11的另一端与电阻R12的一端及电容C5的一端连接在一起，电阻R12的另一端与电阻R13的一端及VREF2节点连接在一起，电容C5的另一端与电阻R13的另一端一起接地，其中，PWM1节点及PWM2节点分别与MCU连接用于接收MCU输出的PWM信号。

在本实施例中，所述电阻R6和电阻R11的电阻值皆为270Ω，电阻R7、电阻R8、电阻R12和电阻R13的电阻值皆为200KΩ，电容C4和电容C5的电容值皆为100nF。

在本实施例中，采用电阻、电容组成滤波电路，配合MCU自身的PWM功能，能够实现自由地控制步进电机的相电流，从而实现对步进电机更大的细分，达到高精度、噪声小的效果，且简单可靠、成本低廉。

在现有技术中，控制参考电压的另外一个方式是使用DA芯片，但增加外置的DA芯片需要增加成本，且增加PCB布板难度。

如图3所示，在本实施例中，所述控制电路包括：控制芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C1、电容C2、电容C3、电容CT1和电感L1，其中，所述控制芯片U1的型号为BD6384，控制芯片U1的管脚23连接VREF1节点，控制芯片U1的管脚24连接VREF2节点，控制芯片U1的管脚25与电容C3的一端及电阻R3的一端连接在一起，电容C3的另一端与电阻R3的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚26与电容C1的一端及电阻R1的一端连接在一起，电容C1的另一端与电阻R1的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚20连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接5V电源端，控制芯片U1的管脚19连接PHASSE1节点，控制芯片U1的管脚18连接PHASSE2节点，控制芯片U1的管脚13与电阻R14的一端及I02节点连接在一起，控制芯片U1的管脚14与电阻R15的一端及I12节点连接在一起，控制芯片U1的管脚15与电阻R16的一端及I01节点连接在一起，控制芯片U1的管脚16与电阻R17的一端及I11节点连接在一起，电阻R14的另一端与电阻R15的另一端、电阻R16的另一端及电阻R17的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚28和管脚41一起接地，控制芯片U1的管脚40数字接地，控制芯片U1的管脚27与管脚29、电阻R9的一端及电阻R10的一端连接在一起，电阻R9的另一端连接5V电源端，电阻R10的另一端接地，控制芯片U1的管脚38与管脚39及电阻R5的一端连接在一起，电阻R5的另一端数字接地，控制芯片U1的管脚3与管脚2及电阻R4的一端连接在一起，电阻R4的另一端数字接地，控制芯片U1的管脚6、管脚7、管脚34及管脚35连接至步进电机，控制芯片U1的管脚21连接5V电源端，控制芯片U1的管脚9、管脚11、管脚32与电容CT1的正极、电容C2的一端及电感L1的一端连接在一起，电感L1的另一端连接12V电源端，电容CT1的负极与电容C2的另一端一起数字接地，控制芯片U1的剩余管脚悬空。

在本实施例中，所述电容C1与电容C3的电容值皆为1nF，所述电阻R1与电阻R3的电阻值皆为39KΩ，所述电阻R2的电阻值为10KΩ，所述电阻R14与电阻R15、电阻R16、电阻R17的电阻值皆为1KΩ，所述电阻R9的电阻值为24KΩ，所述电阻R10的电阻值为3.9KΩ，所述电阻R4与电阻R5的阻值皆为1Ω，所述电容CT1的参数为100μF/25V，所述电容C2的电容值为0.33μF，所述电感L1的参数为10μH/2A。

在本实施例中，所述步进电机为两相步进电机，所述两相步进电机的A相的一端连接控制芯片U1的管脚6，A相的另一端连接控制芯片U1的管脚7，所述两相步进电机的B相的一端连接控制芯片U1的管脚34，B相的另一端连接控制芯片U1的管脚35。

在本实施例中，所示PHASSE1节点和PHASSE2节点是由MCU发出来的控制信号，所述I02节点、I12节点、I01节点和I11节点是通过电阻下拉到地而产生。

在本实施例中，所述PHASSE1节点和PHASSE2节点分别控制两相步进电机A、B相电流的方向，所述I02节点、I12节点、I01节点和I11节点分别控制A、B相电流的大小等级，VREF1节点和VREF2节点用于检测A相、B相的参考电压，电阻R4、电阻R5分别为A相、B相的反馈电阻，每相最大的电流由参考电压和反馈电阻决定：Imax=Vref/(R*5)，其中，所述Vref为VREF1或VREF2，所述R为R4或R5。

现有电路中，大多是根据电机参数固定参考电压(VREF1、VREF2)和反馈电阻（R4、R5），MCU通过控制I01、I11、I02、I12来控制电机的相电流，但只有四级控制(0%,33%,66%,100%)，最多达到16细分，控制如图4所示；而本实施例的电路中，把I01、I11、I02、I12固定拉低，且反馈电阻固定，即相电流仅由参考电压（VREF1、VREF2）控制，而参考电压由MCU输出PWM波经过RC滤波后得到，控制如图5所示，其中PWM1和PWM2变化的是占空比，参考电压随着占空比的变化而变化，而每相的电流随着参考电压的变化而变化。

对比图4、图5看出，如果通过I01、I1、I02、I12来控制电流就只有四级变化,最终相电流曲线呈阶梯变化，并不圆滑；而通过控制PWM来圆滑的改变参考电压从而精确地控制电流的大小，达到细分的效果。随着细分电流等级越多，相电流曲线越接近正弦曲线，控制精度越高。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种步进电机驱动电路，其特征在于，包括：MCU、滤波电路和控制电路，所述MCU输出的PWM信号与滤波电路连接，所述滤波电路输出的参考电压与控制电路连接，所述控制电路输出细分电流以控制步进电机；其中，所述滤波电路包括：电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C4和电容C5，其中，电阻R6的一端连接PWM1节点，电阻R6的另一端与电阻R7的一端及电容C4的一端连接在一起，电阻R7的另一端与电阻R8的一端及VREF1节点连接在一起，电容C4的另一端与电阻R8的另一端一起接地，电阻R11的一端连接PWM2节点，电阻R11的另一端与电阻R12的一端及电容C5的一端连接在一起，电阻R12的另一端与电阻R13的一端及VREF2节点连接在一起，电容C5的另一端与电阻R13的另一端一起接地，其中，PWM1节点及PWM2节点分别与MCU连接用于接收MCU输出的PWM信号。

2.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动电路，其特征在于，所述电阻R6和电阻R11的电阻值皆为270Ω，电阻R7、电阻R8、电阻R12和电阻R13的电阻值皆为200KΩ，电容C4和电容C5的电容值皆为100nF。

3.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括：控制芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C1、电容C2、电容C3、电容CT1和电感L1，其中，所述控制芯片U1的型号为BD6384，控制芯片U1的管脚23连接VREF1节点，控制芯片U1的管脚24连接VREF2节点，控制芯片U1的管脚25与电容C3的一端及电阻R3的一端连接在一起，电容C3的另一端与电阻R3的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚26与电容C1的一端及电阻R1的一端连接在一起，电容C1的另一端与电阻R1的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚20连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接5V电源端，控制芯片U1的管脚19连接PHASSE1节点，控制芯片U1的管脚18连接PHASSE2节点，控制芯片U1的管脚13与电阻R14的一端及I02节点连接在一起，控制芯片U1的管脚14与电阻R15的一端及I12节点连接在一起，控制芯片U1的管脚15与电阻R16的一端及I01节点连接在一起，控制芯片U1的管脚16与电阻R17的一端及I11节点连接在一起，电阻R14的另一端与电阻R15的另一端、电阻R16的另一端及电阻R17的另一端一起接地，控制芯片U1的管脚28和管脚41一起接地，控制芯片U1的管脚40数字接地，控制芯片U1的管脚27与管脚29、电阻R9的一端及电阻R10的一端连接在一起，电阻R9的另一端连接5V电源端，电阻R10的另一端接地，控制芯片U1的管脚38与管脚39及电阻R5的一端连接在一起，电阻R5的另一端数字接地，控制芯片U1的管脚3与管脚2及电阻R4的一端连接在一起，电阻R4的另一端数字接地，控制芯片U1的管脚6、管脚7、管脚34及管脚35连接至步进电机，控制芯片U1的管脚21连接5V电源端，控制芯片U1的管脚9、管脚11、管脚32与电容CT1的正极、电容C2的一端及电感L1的一端连接在一起，电感L1的另一端连接12V电源端，电容CT1的负极与电容C2的另一端一起数字接地，控制芯片U1的剩余管脚悬空。

4.根据权利要求3所述的一种步进电机驱动电路，其特征在于，所述电容C1与电容C3的电容值皆为1nF，所述电阻R1与电阻R3的电阻值皆为39KΩ，所述电阻R2的电阻值为10KΩ，所述电阻R14与电阻R15、电阻R16、电阻R17的电阻值皆为1KΩ，所述电阻R9的电阻值为24KΩ，所述电阻R10的电阻值为3.9KΩ，所述电阻R4与电阻R5的阻值皆为1Ω，所述电容CT1的参数为100μF/25V，所述电容C2的电容值为0.33μF，所述电感L1的参数为10μH/2A。

5.根据权利要求3所述的一种步进电机驱动电路，其特征在于，所述步进电机为两相步进电机，所述两相步进电机的A相的一端连接控制芯片U1的管脚6，A相的另一端连接控制芯片U1的管脚7，所述两相步进电机的B相的一端连接控制芯片U1的管脚34，B相的另一端连接控制芯片U1的管脚35。

6.根据权利要求5所述的一种步进电机驱动电路，其特征在于，所述PHASSE1节点和PHASSE2节点分别控制两相步进电机A、B相电流的方向，所述I02节点、I12节点、I01节点和I11节点分别控制A、B相电流的大小等级，VREF1节点和VREF2节点用于检测A相、B相的参考电压，电阻R4、电阻R5分别为A相、B相的反馈电阻，每相最大的电流由参考电压和反馈电阻决定：Imax=Vref/(R*5)。