CN105281620A

CN105281620A - 一种步进电机控制电路

Info

Publication number: CN105281620A
Application number: CN201510654885.1A
Authority: CN
Inventors: 庞媛媛; 杜万庆; 杨钧; 杜庆丽; 张展
Original assignee: LUOYANG YELLOW RIVER FLEXIBLE SHAFT CONTROLLER CO Ltd
Current assignee: LUOYANG YELLOW RIVER FLEXIBLE SHAFT CONTROLLER CO Ltd
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-10-12
Also published as: CN105281620B

Abstract

本发明属于电机控制技术领域，公开一种步进电机控制电路。公开的一种步进电机控制电路包括有稳压电源电路（1）、AD采集电路（2）、MCU处理电路（3）、控制信号光电隔离电路（4）、步进电机驱动电路（5）和反馈信号比较电路（6）；外部操纵信号经AD采集电路（2）进入MCU处理电路（3），MCU处理电路（3）将所有输入信号进行综合分析处理后输出控制信号到控制信号光电隔离电路（4），控制信号光电隔离电路（4）的输出驱动步进电机驱动电路（5），同时步进电机驱动电路（5）的工作状态信号经反馈信号比较电路（6）返回到MCU处理电路（3）。本发明在实际应用中具有明显的方便性和优越性。

Description

一种步进电机控制电路

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种步进电机控制电路。

背景技术

电机为工业发展不可缺少的一大要素，并扮演着重要的角色。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将上一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性。

步进电机虽然已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。目前步进电机驱动电路普遍采用复合晶体管芯片（如ULN2003、L298N等）对其进行驱动。这种驱动电路存在控制复杂，MCU端口利用率低，低速时容易共振等问题。

发明内容

鉴于上述现有控制电路中所存在的问题，本发明的目的是提出一种步进电机控制电路。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种步进电机控制电路，所述的控制电路包括有稳压电源电路、AD采集电路、MCU处理电路、控制信号光电隔离电路、步进电机驱动电路和反馈信号比较电路；所述稳压电源电路为整个控制电路提供所需的各等级电源电压；外部操纵信号经AD采集电路进入MCU处理电路，MCU将所有输入信号进行综合分析处理后输出控制信号到控制信号光电隔离电路，控制信号光电隔离电路的输出驱动步进电机驱动电路，同时步进电机驱动电路的工作状态信号经反馈信号比较电路返回到MCU处理电路；所述MCU处理电路的芯片U5的AD输入端口19脚、20脚连接所述的AD采集电路；芯片U5的6脚与7脚之间、16与17脚之间、28与29之间和38与39之间分别跨接有作为芯片U5退耦电路的电容C8、电容C9、电容C10、电容C11；芯片U5的30脚、31脚分别与晶体振荡器Y1的1脚和2脚相连接，晶体振荡器Y1的1脚和2脚与GND之间分别跨接电容C17和电容C21，晶体振荡器Y1与电容C17、电容C21共同构成MCU处理电路的外部振荡电路；芯片U5的18脚、44脚和1脚分别与端子VPP1的1脚、4脚和5脚相连接，端子VPP1的2脚和3脚分别与+5V和GND相连接，作为MCU处理电路的在线编程调试接口；芯片U5的41脚与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与二极管D4的阳极相连接，二极管D4的阴极与三极管Q2的1脚相连接，三极管Q2的2脚与GND相连接，三极管Q2的3脚与控制信号光电隔离电路的芯片U3的2脚相连接，芯片U3的2脚与+5V之间跨接限流电阻R15，芯片U3的15脚与GND相连接，芯片U3的16脚与+5V之间跨接上拉电阻R8，同时芯片U3的16脚通过串接电阻R16与步进电机驱动电路芯片U6的7脚相连接；芯片U5的41脚与芯片U6的7脚之间的电路为控制信号光电隔离电路；芯片U5的15脚、35脚、36脚、37脚、38脚经相同拓扑结构的控制信号光电隔离电路分别与芯片U6的21脚、18脚、22脚、9脚和8脚相连接；芯片U5的41脚、38脚、37脚经过控制信号光电隔离电路4中U3隔离后连接到步进电机驱动电路中芯片U6的7脚、8脚和9脚用于选择步进电机驱动电路5细分方式；芯片U5的36脚经芯片U3隔离后连接到芯片U6的22脚，用于设置步进电机驱动电路输出电流方向，即步进电机旋转方向；芯片U5的35脚经芯片U2隔离后连接到芯片U6的18脚，作为步进电机驱动电路的使能输入；同时芯片U5的PWM输出引脚15脚经芯片U4隔离后连接到U6的21脚，作为步进电机驱动电路的脉冲输入，芯片U4为1Mbps逻辑IC耦合器，保证了宽范围的脉冲频率输入；电阻R33、R41用于检测步进电机每相驱动电流；电阻R42、R44组成的分压电路用于设置步进电机驱动电路驱动电流；电阻R32及电容C16组成复位电路，用于对步进电机驱动电路实现上电复位；同时，芯片U6的24脚输出+5V基准电压；芯片U6的11脚经电阻R41与PGND相连接，电阻R41上并接电容C23构成电流反馈电路；芯片U6的15脚经电阻R33与PGND相连接，电阻R33上并接电容C19构成电流反馈电路；芯片U6的24脚与GND之间跨接滤波电容C14，芯片U6的5脚同时与电阻R42、电阻R44的一端相连接，电阻R42的另一端与芯片U6的24脚相连接，电阻R44的另一端与GND相连接，同时芯片U6的5脚与GND之间串接滤波电容C24，电阻R42与电阻R44构成驱动电流设定电路；芯片U6的16脚、14脚、12脚和10脚分别与MOTOR端子的1脚、2脚、3脚和4脚相连接，MOTOR端子各引脚分别与步进电机各相线相连接；同时，芯片U6的1脚和25脚经反馈比较电路分别与U5的32和43脚相连接。

所述的AD采集电路包括有端子AN1和端子AN2；所述端子AN1的1脚与地相连接，3脚与+5V相连接，2脚与外部0-5V的输入信号相连接，同时2脚与电容C5之间跨接电阻R21，电容C5的另一脚接地；电阻R21与电容C5构成一阶低通滤波电路；所述端子AN2的1脚与地相连接，3脚与+5V相连接，2脚与外部0-5V的输入信号相连接，同时2脚与电容C7之间跨接电阻R24，电容C7的另一脚接地；电阻R24与电容C7构成一阶低通滤波电路；两个所述一阶低通滤波电路的输出端分别与芯片U5的AD输入端口19脚、20脚连接。

所述的稳压电源电路采用美国国家半导体公司生产的LM2575系列开关稳压集成电路芯片。

MCU处理电路中的芯片U5采用美国Microchip公司的高性能16位数字信号控制器dspic30f4011芯片。

控制信号光电隔离电路中的芯片U2采用日本东芝公司的TLP181线性光耦芯片；芯片U3采用日本东芝公司的TLP281-4线性光耦芯片，U4采用日本东芝公司的TLP2309高速线性光耦芯片。

步进电机驱动电路采用日本东芝公司的步进电机专用驱动芯片TB660HG。反馈信号比较电路采用LM2904D双运放芯片。

本发明提出的一种步进电机控制电路，采用专用的大功率、高细分型两相混合式步进电机驱动芯片，电路简单、性能优越，并具有多种细分方式可以选择，通过细分驱动解决了步进电机低频振动等问题，在实际应用中具有明显的方便性和优越性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明稳压电源电路原理图；

图3是本发明AD采集电路原理图；

图4是本发明MCU处理电路原理图；

图5是本发明控制信号光电隔离电路原理图；

图6是本发明步进电机驱动电路原理图；

图7是本发明反馈信号比较电路原理图。

图中1、稳压电源电路，2、AD采集电路，3、MCU处理电路，4、控制信号光电隔离电路，5、步进电机驱动电路，6、反馈信号比较电路。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明：

如图1所示，一种步进电机控制电路，所述的控制电路包括有稳压电源电路1、AD采集电路2、MCU处理电路3、控制信号光电隔离电路4、步进电机驱动电路5和反馈信号比较电路6；所述稳压电源电路1为整个控制电路提供所需的各等级电源电压；外部操纵信号经AD采集电路2进入MCU处理电路3，MCU处理电路3将所有输入信号进行综合分析处理后输出控制信号到控制信号光电隔离电路4，控制信号光电隔离电路4的输出驱动步进电机驱动电路5，同时步进电机驱动电路5的工作状态信号经反馈信号比较电路6返回到MCU处理电路3；结合图3、图4、图5、图6、图7，所述MCU处理电路的芯片U5的AD输入端口19脚、20脚连接所述的AD采集电路；芯片U5的6脚与7脚之间、16与17脚之间、28与29之间和38与39之间分别跨接有作为芯片U5退耦电路的电容C8、电容C9、电容C10、电容C11；芯片U5的30脚、31脚分别与晶体振荡器Y1的1脚和2脚相连接，晶体振荡器Y1的1脚和2脚与GND之间分别跨接电容C17和电容C21，晶体振荡器Y1与电容C17、电容C21共同构成MCU处理电路的外部振荡电路；芯片U5的18脚、44脚和1脚分别与端子VPP1的1脚、4脚和5脚相连接，端子VPP1的2脚和3脚分别与+5V和GND相连接，作为MCU处理电路的在线编程调试接口；芯片U5的41脚与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与二极管D4的阳极相连接，二极管D4的阴极与三极管Q2的1脚相连接，三极管Q2的2脚与GND相连接，3脚与控制信号光电隔离电路的芯片U3的2脚相连接，芯片U3的2脚与+5V之间跨接限流电阻R15，芯片U3的15脚与GND相连接，芯片U3的16脚与+5V之间跨接上拉电阻R8，同时芯片U3的16脚通过串接电阻R16与步进电机驱动电路芯片U6的7脚相连接；芯片U5的41脚与芯片U6的7脚之间的电路为控制信号光电隔离电路；芯片U5的15脚、35脚、36脚、37脚、38脚经相同拓扑结构的控制信号光电隔离电路分别与芯片U6的21脚、18脚、22脚、9脚和8脚相连接；芯片U5的41脚、38脚、37脚经过控制信号光电隔离电路4中U3隔离后连接到步进电机驱动电路中芯片U6的7脚、8脚和9脚用于选择步进电机驱动电路5细分方式；芯片U5的36脚经芯片U3隔离后连接到芯片U6的22脚，用于设置步进电机驱动电路输出电流方向，即步进电机旋转方向；芯片U5的35脚经芯片U2隔离后连接到芯片U6的18脚，作为步进电机驱动电路的使能输入；同时芯片U5的PWM输出引脚15脚经芯片U4隔离后连接到U6的21脚，作为步进电机驱动电路的脉冲输入，芯片U4为1Mbps逻辑IC耦合器，保证了宽范围的脉冲频率输入；电阻R33、R41用于检测步进电机每相驱动电流；电阻R42、R44组成的分压电路用于设置步进电机驱动电路驱动电流；电阻R32及电容C16组成复位电路，用于对步进电机驱动电路实现上电复位；同时，芯片U6的24脚输出+5V基准电压；芯片U6的11脚经电阻R41与PGND，电阻R41上并接电容C23构成电流反馈电路；芯片U6的15脚经电阻R33与PGND相连接，电阻R33上并接电容C19构成电流反馈电路；芯片U6的24脚与GND之间跨接滤波电容C14，芯片U6的5脚同时与电阻R42、电阻R44的一端相连接，电阻R42的另一端与芯片U6的24脚相连接，电阻R44的另一端与GND相连接，同时芯片U6的5脚与GND之间串接滤波电容C24，电阻R42与电阻R44构成驱动电流设定电路；芯片U6的16脚、14脚、12脚和10脚分别与MOTOR端子的1脚、2脚、3脚和4脚相连接，MOTOR端子各引脚分别与步进电机各相线相连接；同时，芯片U6的1脚和25脚经反馈比较电路分别与U5的32和43脚相连接。

所述的AD采集电路包括有端子AN1和端子AN2；所述端子AN1的1脚与地相连接，3脚与+5V相连接，2脚与外部0-5V的输入信号相连接，同时2脚与电容C5之间跨接电阻R21，电容C5的另一脚接地；电阻R21与电容C5构成一阶低通滤波电路；

所述端子AN2的1脚与地相连接，3脚与+5V相连接，2脚与外部0-5V的输入信号相连接，同时2脚与电容C7之间跨接电阻R24，电容C7的另一脚接地；电阻R24与电容C7构成一阶低通滤波电路；两个所述一阶低通滤波电路的输出端分别与芯片U5的AD输入端口19脚、20脚连接。

Claims

1.一种步进电机控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括有稳压电源电路（1）、AD采集电路（2）、MCU处理电路（3）、控制信号光电隔离电路（4）、步进电机驱动电路（5）和反馈信号比较电路（6）；所述稳压电源电路（1）为整个控制电路提供所需的各等级电源电压；外部操纵信号经AD采集电路（2）进入MCU处理电路（3），MCU处理电路（3）将所有输入信号进行综合分析处理后输出控制信号到控制信号光电隔离电路（4），控制信号光电隔离电路（4）的输出驱动步进电机驱动电路（5），同时步进电机驱动电路（5）的工作状态信号经反馈信号比较电路（6）返回到MCU处理电路（3）；所述MCU处理电路（3）的芯片U5的AD输入端口19脚、20脚连接所述的AD采集电路；芯片U5的6脚与7脚之间、16与17脚之间、28与29之间和38与39之间分别跨接有作为芯片U5退耦电路的电容C8、电容C9、电容C10、电容C11；芯片U5的30脚、31脚分别与晶体振荡器Y1的1脚和2脚相连接，晶体振荡器Y1的1脚和2脚与GND之间分别跨接电容C17和电容C21，晶体振荡器Y1与电容C17、电容C21共同构成MCU处理电路的外部振荡电路；芯片U5的18脚、44脚和1脚分别与端子VPP1的1脚、4脚和5脚相连接，端子VPP1的2脚和3脚分别与+5V和GND相连接，作为MCU处理电路的在线编程调试接口；芯片U5的41脚与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与二极管D4的阳极相连接，二极管D4的阴极与三极管Q2的1脚相连接，三极管Q2的2脚与GND相连接，三极管Q2的3脚与控制信号光电隔离电路的芯片U3的2脚相连接，芯片U3的2脚与+5V之间跨接限流电阻R15，芯片U3的15脚与GND相连接，芯片U3的16脚与+5V之间跨接上拉电阻R8，同时芯片U3的16脚通过串接电阻R16与步进电机驱动电路芯片U6的7脚相连接；芯片U5的41脚与芯片U6的7脚之间的电路为控制信号光电隔离电路；芯片U5的15脚、35脚、36脚、37脚、38脚经相同拓扑结构的控制信号光电隔离电路分别与芯片U6的21脚、18脚、22脚、9脚和8脚相连接；芯片U5的41脚、38脚、37脚经过控制信号光电隔离电路4中U3隔离后连接到步进电机驱动电路中芯片U6的7脚、8脚和9脚用于选择步进电机驱动电路5细分方式；芯片U5的36脚经芯片U3隔离后连接到芯片U6的22脚，用于设置步进电机驱动电路输出电流方向，即步进电机旋转方向；芯片U5的35脚经芯片U2隔离后连接到芯片U6的18脚，作为步进电机驱动电路的使能输入；同时芯片U5的PWM输出引脚15脚经芯片U4隔离后连接到U6的21脚，作为步进电机驱动电路的脉冲输入，芯片U4为1Mbps逻辑IC耦合器，保证了宽范围的脉冲频率输入；电阻R33、R41用于检测步进电机每相驱动电流；电阻R42、R44组成的分压电路用于设置步进电机驱动电路驱动电流；电阻R32及电容C16组成复位电路，用于对步进电机驱动电路实现上电复位；同时，芯片U6的24脚输出+5V基准电压；芯片U6的11脚经电阻R41与PGND相连接，电阻R41上并接电容C23构成电流反馈电路；芯片U6的15脚经电阻R33与PGND相连接，电阻R33上并接电容C19构成电流反馈电路；芯片U6的24脚与GND之间跨接滤波电容C14，芯片U6的5脚同时与电阻R42、电阻R44的一端相连接，电阻R42的另一端与芯片U6的24脚相连接，电阻R44的另一端与GND相连接，同时芯片U6的5脚与GND之间串接滤波电容C24，电阻R42与电阻R44构成驱动电流设定电路；芯片U6的16脚、14脚、12脚和10脚分别与MOTOR端子的1脚、2脚、3脚和4脚相连接，MOTOR端子各引脚分别与步进电机各相线相连接；同时，芯片U6的1脚和25脚经反馈比较电路分别与U5的32和43脚相连接。

2.根据权利要求1所述的一种步进电机控制电路，其特征在于：所述的AD采集电路包括有端子AN1和端子AN2；所述端子AN1的1脚与地相连接，3脚与+5V相连接，2脚与外部0-5V的输入信号相连接，同时2脚与电容C5之间跨接电阻R21，电容C5的另一脚接地；电阻R21与电容C5构成一阶低通滤波电路；所述端子AN2的1脚与地相连接，3脚与+5V相连接，2脚与外部0-5V的输入信号相连接，同时2脚与电容C7之间跨接电阻R24，电容C7的另一脚接地；电阻R24与电容C7构成一阶低通滤波电路；两个所述一阶低通滤波电路的输出端分别与芯片U5的AD输入端口19脚、20脚连接。

3.根据权利要求1所述的一种步进电机控制电路，其特征在于：所述的稳压电源电路采用美国国家半导体公司生产的LM2575系列开关稳压集成电路芯片。

4.根据权利要求1所述的一种步进电机控制电路，其特征在于：MCU处理电路中的芯片U5采用美国Microchip公司的高性能16位数字信号控制器dspic30f4011芯片。

5.根据权利要求1所述的一种步进电机控制电路，其特征在于：控制信号光电隔离电路中的芯片U2采用日本东芝公司的TLP181线性光耦芯片；芯片U3采用日本东芝公司的TLP281-4线性光耦芯片，U4采用日本东芝公司的TLP2309高速线性光耦芯片。

6.根据权利要求1所述的一种步进电机控制电路，其特征在于：步进电机驱动电路采用日本东芝公司的步进电机专用驱动芯片TB660HG，反馈信号比较电路采用LM2904D双运放芯片。