CN107947656A - 一种能够进行高低压自由切换的步进电机驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够进行高低压自由切换的步进电机驱动电路，包括输入电路、高压输出电路、低压输出电路及判断电路，所述判断电路连接在所述高压输出电路、所述低压输出电路与所述输入电路之间，所述判断电路用于判断所述驱动信号的频率的高低，并将所述驱动信号与预设的频率阈值相比，当所述驱动信号的频率高于所述频率阈值时，所述高压输出电路导通，而所述低压输出电路切断，当所述驱动信号的频率低于所述频率阈值时，所述低压输出电路导通，而所述高压输出电路切断。本发明能够实现根据步进电机的频率(转速)而自由切换高低压输出的目的。
Description
技术领域
本发明涉及步进电机技术领域，具体涉及一种能够进行高低压自由切换的步进电机驱动电路。
背景技术
步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的一种开环控制电机，其常用的驱动电路主要有三种：1、单电压驱动；2、双电压驱动；3、斩波恒流驱动。
其中，单电压驱动回路串入了一个大功率限流电阻，电路结构简单，但功耗很大。
斩波恒流驱动则取消了限流电阻，相对节能不少，但当电机锁止或低速运行时，电路中的功放管和续流二极管等功率元件将承受较长时间大电流(峰值电流几倍于单电压驱动)开关的冲击，对电路的可靠性和元件的使用寿命有不利的影响。另外，上述两种驱动方式的驱动电流大小是不随电机的转速而改变的，这样往往容易在低速区产生低频共振现象，影响了机床的整体性能。
双电压驱动也串入了大功率限流电阻，不过它提供了高低压两种驱动电压，能够在一定程度上解决了低速区的低频共振问题。但是，目前并没有厂家或个人找到一种简单易行的转速与电压自动切换方法，所以，双电压驱动方式并没有获得电火花线切割行业的应用。
电火花线切割机床使用的步进电机主要是三相六拍制式和五相十拍制式的反应式步进电机，电火花切割的加工工况中，大约仅有百分之十左右的时间里，步进电机是全速运行的，而剩下时间中，步进电机运行的速度大多数仅仅相当于全速的五分之一，甚至更低，此时若采用上述三种现有的以全速运行时的技术参数去设计制造的步进驱动电路，这样会导致无论在硬件成本还是在使用能耗上都造成了不小的浪费。
因此，有必要针对使用于电火花线切割机床的步进电机的驱动电路进行改进，以使其契合电火花线切割机床的特殊加工工况。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够进行高低压自由切换的步进电机驱动电路，其能够契合电火花线切割机床的特殊工况，能够基于电机转速而实现电压的自由切换。
为此，根据本发明的实施例，该步进电机驱动电路包括：
输入电路，所述输入电路用于输入驱动信号；
高压输出电路；
低压输出电路；及
判断电路，所述判断电路连接在所述高压输出电路、所述低压输出电路与所述输入电路之间，所述判断电路用于判断所述驱动信号的频率的高低，并将所述驱动信号与预设的频率阈值相比，当所述驱动信号的频率高于所述频率阈值时，所述高压输出电路导通，而所述低压输出电路切断，当所述驱动信号的频率低于所述频率阈值时，所述低压输出电路导通，而所述高压输出电路切断。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述输入电路包括信号输入模块及与所述信号输入模块相连的放大模块，所述信号输入模块用于发出所述驱动信号，所述放大模块用于对所述驱动信号进行放大。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述信号输入模块为单片机，所述放大模块为光电隔离器。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述判断电路包括速度检测模块、与所述速度检测模块快相连的电流频率调制模块及与所述电流频率调制模块相连的功率放大器，所述电流频率调制模块用于控制所述功率放大器的通断与截止，以形成高压制式或低压制式输出，所述高压输出电路及所述低压输出电路均与所述判断电路相连，当所述高压输出电路导通时，所述判断电路以高压制式输出，当所述低压输出电路导通时，所述判断电路以低压制式输出。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述高压输出电路包括高压驱动模块、第一开关、高压输入端及输出端，当所述驱动信号的频率高于所述频率阈值时，所述高压驱动模块输出信号使得所述第一开关导通，所述电流频率调制模块启用高压制式输出，从而使得所述高压输入端与所述输出端导通，从而形成高压输出。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述低压输出电路包括低压输入端及输出端，当所述驱动信号的频率低于所述频率阈值时，所述高压驱动模块无信号输出，所述第一开关断开，所述电流频率调制模块启动低压制式输出，从而使得所述低压输入端与所述输出端导通，从而形成低压输出。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述低压输出电路上还设有二极管，当所述高压输入端接入时，所述低压输入端被所述二极管自动隔离。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述高压输出电路与所述低压输出电路之间还设有保护电路。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述保护电路包括与步进电机的绕组并联的续流二极管。
作为所述步进电机驱动电路的进一步可选方案，所述电流频率调制模块与所述第二开关之间还设有反馈回路。
本发明的有益效果：
依据以上实施例中的步进电机驱动电路，由于在高压输出电路、低压输出电路与输入电路之间连接有判断电路，此时通过该判断电路对输入电路所输入的驱动信号的频率与预设的频率阈值的对比，可使得步进电机驱动电路选择以高压输出电路进行高压输出，还是以低压输出电路进行低压输出，实现了根据步进电机的频率(转速)而自由切换高低压输出的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了根据本发明实施例所提供的一种能够进行高低压自由切换的步进电机驱动电路的线路连接图。
主要元件符号说明：
100-输入电路；200-高压输出电路；300-低压输出电路；400-判断电路；500-保护电路；600-反馈回路；110-信号输入模块；120-放大模块；210-高压驱动模块；220-第一开关；230-高压输入端；240-输出端；310-低压输入端；320-二极管；410-速度检测模块；420-电流频率调制模块；430-功率放大器；440-第二开关；510-绕组；520-续流二极管；530-电源端。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
本实施例提供了一种能够进行高低压自由切换的步进电机驱动电路。
请参考图1，该步进电机驱动电路包括输入电路100、高压输出电路200、低压输出电路300及判断电路400。
其中，输入电路100用于输入驱动信号，该驱动信号的频率与步进电机的转速对对应。判断电路400连接在高压输出电路200、低压输出电路300与输入电路100之间，判断电路400用于判断驱动信号的频率的高低，并将驱动信号与预设的频率阈值相比，当驱动信号的频率高于频率阈值时，高压输出电路200导通，而低压输出电路300切断，当驱动信号的频率低于频率阈值时，低压输出电路300导通，而高压输出电路200切断。
如此，由于在高压输出电路200、低压输出电路300与输入电路100之间连接有判断电路400，此时通过该判断电路400对输入电路100所输入的驱动信号的频率与预设的频率阈值的对比，可使得步进电机驱动电路选择以高压输出电路200进行高压输出，还是以低压输出电路300进行低压输出，实现了根据步进电机的频率(转速)而自由切换高低压输出的目的。
可以理解的是，输入电路100与步进电机中的控制单元是相连的，当控制单元下发相应频率的驱动信号时，输入电路100就开始工作。
进一步的，输入电路100包括信号输入模块110及与信号输入模块110相连的放大模块120，信号输入模块110用于发出驱动信号，放大模块120用于对驱动信号进行放大。
更进一步的，上述信号输入模块110可选择单片机，上述放大模块120则可选择光电隔离器。
光电隔离器(optoelectronic isolator，英文缩写为OC)亦称光电耦合器、光耦合器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。
光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。
光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与其输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
请继续参考图1，判断电路400包括速度检测模块410、与速度检测模块410相连的电流频率调制模块420及与电流频率调制模块420相连的功率放大器430，电流频率调制模块420用于控制功率放大器430的通断与截止，以形成高压制式或低压制式输出，高压输出电路200及低压输出电路300均与判断电路400相连，当高压输出电路200导通时，判断电路400以高压制式输出，当低压输出电路300导通时，判断电路400以低压制式输出。
可以理解的是，上述速度检测模块410用于对驱动信号与频率阈值进行对比，而电流频率调制模块420则根据对比结果选择以高压制式输出还是以低压制式输出，具体以控制功率放大器430的通断与截止的时间来实现，因此电流频率调制模块420需要同时与高压输出电路200及低压输出电路300形成连接，以通过以高压制式输出以对应高压输出电路200或者以低压制式输出与对应低压输出电路300。
在继续参考图1，高压输出电路200包括高压驱动模块210、第一开关220、高压输入端230及输出端240，当驱动信号的频率高于频率阈值时，高压驱动模块210输出信号使得第一开关220导通，电流频率调制模块420启用高压制式输出，从而使得高压输入端230与输出端240导通，从而形成高压输出。
同理，低压输出电路300包括低压输入端310及输出端240，当驱动信号的频率低于频率阈值时，高压驱动模块210无信号输出，第一开关220断开，此时低压输出电路300接入，电流频率调制模块420启动低压制式输出，从而使得低压输入端310与输出端240导通，从而形成低压输出。
至此，通过判断电路400、高压输出电路200及低压输出电路300的工作作用就实现了根据输入电路100所输入的驱动信号的频率的高低来自由切换输出高压或者低压，从而满足了电火花线切割机床的特殊工况需求。
进一步的，在判断电路400上还串联有第二开关440，该第二开关440接受高压制式输出或者低压制式输出。
需要说明的是，上述第二开关440始终处于工作状态，当高压输出电路200接入时，其受高压制式控制，而当低压输出电路300接入电路时，其受低压制式控制。
进一步的，低压输出电路300上还设有二极管320，当高压输出电路200接入时，低压输出电路300被二极管320自动隔离。
下面结合图1作进一步描述。
请参考图1，示出了根据本发明实施方式中的步进电机驱动电路的线路图，在低压输出电路300上还设有二极管320，当高压输入端230接入时，低压输入端310被二极管320所隔离。
这样，使得当该步进电机驱动电路在切换高低压输出时，不至于产生紊乱，保证切换工作的正常进行。具体而言，在一般情况下，低压输出电路300是导通状态，此时该步进电机驱动电路以低压制式输出，而当高压驱动模块210发出信号使得第一开关220导通后，步进电机驱动电路则以高压制式输出，低压输出电路300则通过二极管320被隔离。
在某些实施方式中，高压驱动模块210可以设定一个延时动作，这样当步进电机驱动电路从高压制式输出再次转换到低压制式输出时，高压驱动模块210可以延迟一段时间再退出，这样可以避免步进电机在频率阈值附近产生振荡。
请参考图1，在某些实施方式中，高压输出电路200与低压输出电路300之间还设有保护电路500。
进一步的，该保护电路500包括与步进电机的绕组510并联的续流二极管520。
在某些实施方式中，电流频率调制模块420与第二开关440之间还设有反馈回路600，该反馈回路600实现取样反馈，保证步进电机驱动电路的顺利工作。
另外，在实际情况中，高压值与低压值呈倍数关系，例如当高压值是低压值的四倍，高压制式的平均电路输出值是低压制式的两倍时，此时意味着低压模式下运行的能耗仅为高压时的八分之一，而在实现大幅省电的同时，由于各功率器件的损耗也大大减少，提升了电路的可靠性和使用寿命。
最后应当说明的是，请参考图1，在本发明实施方式中，整个步进电机驱动电路具有两个输入端及一个输出端240，即高压输入端230与低压输入端310以及与他们相连的输出端240，电机的电源端530则处于高压输入端230与输出端240或者低压输入端310与输出端240之间，这样，当高压输入端230与输出端240导通时，整个电路以高压制式输出，高压输送到电源端530以配合电机的高频工作，并经过输出端240将高压输出；而当低压输入端310与输出端240导通时，整个电路以低压制式输出，抵压输送到电源端530以配合电机的低频工作，并经过输出端240将低压输出。
如此，使得步进电机能够根据自身工作频率而自由调整以高压或者低压输出，从而实现了根据步进电机的频率(转速)而自由切换高低压输出的目的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种能够进行高低压自由切换的步进电机驱动电路，其特征在于，所述步进电机驱动电路包括：
输入电路，所述输入电路用于输入驱动信号；
高压输出电路；
低压输出电路；及
判断电路，所述判断电路连接在所述高压输出电路、所述低压输出电路与所述输入电路之间，所述判断电路用于判断所述驱动信号的频率的高低，并将所述驱动信号与预设的频率阈值相比，当所述驱动信号的频率高于所述频率阈值时，所述高压输出电路导通，而所述低压输出电路切断，当所述驱动信号的频率低于所述频率阈值时，所述低压输出电路导通，而所述高压输出电路切断。
2.如权利要求1所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述输入电路包括信号输入模块及与所述信号输入模块相连的放大模块，所述信号输入模块用于发出所述驱动信号，所述放大模块用于对所述驱动信号进行放大。
3.如权利要求2所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述信号输入模块为单片机，所述放大模块为光电隔离器。
4.如权利要求1所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述判断电路包括速度检测模块、与所述速度检测模块快相连的电流频率调制模块及与所述电流频率调制模块相连的功率放大器，所述电流频率调制模块用于控制所述功率放大器的通断与截止，以形成高压制式或低压制式输出，所述高压输出电路及所述低压输出电路均与所述判断电路相连，当所述高压输出电路导通时，所述判断电路以高压制式输出，当所述低压输出电路导通时，所述判断电路以低压制式输出。
5.如权利要求4所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述高压输出电路包括高压驱动模块、第一开关、高压输入端及输出端，当所述驱动信号的频率高于所述频率阈值时，所述高压驱动模块输出信号使得所述第一开关导通，所述电流频率调制模块启用高压制式输出，从而使得所述高压输入端与所述输出端导通，从而形成高压输出。
6.如权利要求5所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述低压输出电路包括低压输入端及输出端，当所述驱动信号的频率低于所述频率阈值时，所述高压驱动模块无信号输出，所述第一开关断开，所述电流频率调制模块启动低压制式输出，从而使得所述低压输入端与所述输出端导通，从而形成低压输出。
7.如权利要求6所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述低压输出电路上还设有二极管，当所述高压输入端接入时，所述低压输入端被所述二极管自动隔离。
8.如权利要求4所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述高压输出电路与所述低压输出电路之间还设有保护电路。
9.如权利要求8所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述保护电路包括与步进电机的绕组并联的续流二极管。
10.如权利要求6所述的步进电机驱动电路，其特征在于，所述电流频率调制模块与所述第二开关之间还设有反馈回路。
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2017
- 2017-12-29 CN CN201711489432.3A patent/CN107947656A/zh active Pending
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