CN113131811A - 一种基于fpga的步进电机驱动方法 - Google Patents

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徐广野
闫昌盛
杨健
王岩
毛冬岩
王琳
李木天
刘明依
邹斐
王元龙
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的步进电机驱动方法，当接收到控制器给出的指令信号时，FPGA发出控制信号给数模转换电路，使之产生相位差相差120度的正弦波，这两路正弦波与驱动电路反馈输出的电压进行叠加计算，输出3路相位差相差120度的正弦波，输出的三路正弦波与三角波发生电路输出的三角波分别连接到电压比较电路比较器的同相输入端和反向输入端，比较器输出三路幅值为15V的宽度按正弦曲线变化的PWM方波信号，该信号通过模数转换电路，转换电压为0～3.3V的SPWM信号送回FPGA，FPGA经过计算处理输出3对SPMW信号送给H桥驱动芯片，来控制H桥电路每一对桥臂的开通与关段，继而控制步进电机的转动。本发明驱动效率高、驱动精度高。

Description

一种基于FPGA的步进电机驱动方法
技术领域
本发明涉及的是一种步进电机，具体地说是步进电机的驱动方法。
背景技术
目前常见的工业中的电机驱动器驱动效率低，驱动精度差，且工作温度范围低，对工作环境有局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供驱动效率高、驱动精度高的一种基于FPGA的步进电机驱动方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种基于FPGA的步进电机驱动方法，其特征是：当接收到控制器给出的指令信号时，FPGA发出控制信号给数模转换电路，使之产生相位差相差120度的正弦波，这两路正弦波与驱动电路反馈输出的电压进行叠加计算，输出3路相位差相差120度的正弦波，输出的三路正弦波与三角波发生电路输出的三角波分别连接到电压比较电路比较器的同相输入端和反向输入端，比较器输出三路幅值为15V的宽度按正弦曲线变化的PWM方波信号，该信号通过模数转换电路，转换电压为0～3.3V的SPWM信号送回FPGA，FPGA经过计算处理输出3对SPMW信号送给H桥驱动芯片，来控制H桥电路每一对桥臂的开通与关段，继而控制步进电机的转动。
本发明还可以包括：
1、所述数模转换电路接收FPGA给出的数字量信号，根据基准电压的大小，通过数模转换芯片输出2路相差120度的正弦波。
2、所述H桥驱动电路接收控制电路给出的占空比来输出驱动H桥电路，从而实现步进电机的控制。
本发明的优势在于：本发明解决了现有工业应用中步进电机驱动方法存在的技术缺陷，驱动效率高、驱动精度高。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”)，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，从而达到调速和定位的目的。
本驱动器的硬件电路由电源变换电路、数模转换电路、运算电路、比较电路、模数转换电路、H桥电路、驱动电路，保护保护电路等构成，结构框图如图1所示。
FPGA是步进电机驱动器的核心器件，驱动器工作时，当接收到控制器给出的指令信号(使能、脉冲、方向)时，FPGA会发出控制信号给数模转换电路，使之产生相位差相差120度的正弦波，这两路正弦波和驱动电路反馈输出的电压进行叠加计算，输出3路相位差相差120度的正弦波。输出的三路征信阿伯和三角波发生电路输出的三角波分别连接到电压比较电路比较器的同相输入端和反向输入端，比较器输出三路幅值为15V的宽度按正弦曲线变化的PWM方波信号，该信号通过模数转换电路(74HC14)，转换电压为0～3.3V的SPWM信号送回FPGA。FPGA经过计算处理输出3对SPMW信号送给H桥驱动芯片(SDH2136TR)，来控制H桥电路每一对桥臂的开通与关段，继而控制步进电机的转动。
数模转换电路是接收FPGA给出的数字量信号，根据基准电压的大小，通过数模转换芯片(CBM53D04BMS)输出2路相差120度的正弦波。
电压变换电路由直流24V电压变换为±15V电压、5V电压和37V电压和5V电压变换3.3V和1.5V。前四种电压是给驱动器上的运算放大器(TP2264)，电压比较器(LM2903)等芯片供电。3.3V和1.5V给FPGA供电。
电机控制电路主要由芯片FPGA及其外围电路组成，根据控制器及电流采样电路的电压，来控制输出占空比的大小。
H桥驱动电路主要是由芯片SDH2136TR及其外围电路组成，H桥驱动电路接收控制电路给出的占空比，来输出驱动H桥电路，从而实现电机的控制。
基准电压电路主要是给数模转换电路提供基准电压，通过改变基准电压值，从而实现停止电机驱动时，具有半流输出功能，既提供了电机的保持力矩，又能节省电能。
保护电路有过压保护、欠压保护、过流保护、超温保护等4种保护，从而保证驱动板工作异常时，及时停止驱动电机，从而保护驱动器及步进电机。本驱动器的过压保护阈值为36V、欠压保护阈值为18V、过流保护阈值为10A、超温保护阈值为85摄氏度。
本驱动器可设置步进电机步距角，设定值有：整步、半步、4细分、8细分、16细分、32细分、64细分等。细分等级越高，步距角越小，驱动精度越高。驱动器工作环境温度为：-25℃～85℃。

Claims (3)

1.一种基于FPGA的步进电机驱动方法，其特征是：当接收到控制器给出的指令信号时，FPGA发出控制信号给数模转换电路，使之产生相位差相差120度的正弦波，这两路正弦波与驱动电路反馈输出的电压进行叠加计算，输出3路相位差相差120度的正弦波，输出的三路正弦波与三角波发生电路输出的三角波分别连接到电压比较电路比较器的同相输入端和反向输入端，比较器输出三路幅值为15V的宽度按正弦曲线变化的PWM方波信号，该信号通过模数转换电路，转换电压为0～3.3V的SPWM信号送回FPGA，FPGA经过计算处理输出3对SPMW信号送给H桥驱动芯片，来控制H桥电路每一对桥臂的开通与关段，继而控制步进电机的转动。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的步进电机驱动方法，其特征是：所述数模转换电路接收FPGA给出的数字量信号，根据基准电压的大小，通过数模转换芯片输出2路相差120度的正弦波。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于FPGA的步进电机驱动方法，其特征是：所述H桥驱动电路接收控制电路给出的占空比来输出驱动H桥电路，从而实现步进电机的控制。
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