CN1258865C - 柱状超声波马达驱动电源 - Google Patents
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Abstract
柱状超声波马达驱动电源属于超声波马达技术领域，其特征在于它含有：压控振荡器；由正反转控制开关，输入端与上述两者相连的待选脉冲形成电路，输入端分别与待选脉冲形成电路、时序控制电路相连的待选脉冲同步电路，输入端与上述同步电路相连的单稳电路，输入端与上述单稳电路、待选脉冲形成电路相连的与门，输入端与单稳、时序控制电路相连而输出端与上述待选脉冲形成电路相连的或门共同构成的步进脉冲发生电路，电机驱动电路。由于其用单稳触发的办法来获得步进脉冲，加上每次启动都是从相同的状态开始，从而具有重复精度高，在偏移马达共振频率较远处可获得比马达共振频率处更高的精度的优点。
Description
技术领域
一种柱状超声波马达驱动电源属于超声波马达驱动电源技术领域。
背景技术
目前步进超声波马达驱动电源基本上都是工作在其共振频率附近很小的范围内，否则，其精度将受到严重的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在大频率范围内使用且精度比在共振频率处工作时更高的使用频率宽且步进精度高地柱状超声波马达驱动电源。
本发明的特征在于：该驱动电源含有压控振荡器，由时序控制电路，正、反转控制开关，输入端与上述压控振荡器，正、反转控制开关相连的待选脉冲形成电路，输入端与上述待选脉冲形成电路和时序控制电路相连的待选脉冲同步电路，输入端与上述待选脉冲同步电路相连的单稳电路，输入端与上述待选脉冲形成电路和单稳电路相连的与门，输入端与上述单稳电路和时序控制电路相连而输出端与上述待选脉冲形成电路相连的或门共同构成的步进脉冲发生电路，由输入端与上述与门相连的功放电路，二极管门电路和输出端经匹配电感与柱状超声波马达相连的变压器依次串联构成的驱动电路。所述的待选脉冲形成电路是芯片L297。所述的待选脉冲同步电路是芯片40174。所述的时序控制电路是芯片555。所述的压控振荡器是芯片4046。所述的单稳电路是芯片4098。
使用证明：它达到了预期的目的。
附图说明
图1：一般使用开关的方法获得的脉冲波形图。
图2：利用单稳态触发的方法获得可精确控制的脉冲的波形图。
图3：本发明提出的驱动电源的电路原理框图。
图4：本发明提出的驱动电源的电路原理图。
图5：本发明提出的驱动电源的驱动电路原理图。
具体实现方式
精度越高，对重复精度的要求显得尤为突出。如图1～2所示，一般用开关的方法获得的脉冲长度并不会一定的，如图1所示，对于两个相同的脉冲A和B，当它们的开关时刻不同即当它们的位置与所要控制的脉冲C的相对位置不同时所得到的脉冲长度A+C和B+C是不一样的，因而无法保证重复精度，因其脉冲数是不一样的。如果如图2所示，使用单稳触发的方法则可保证每次触发都可获得相同的脉冲数，如图2所示。D为图3(下同)中时序控制电路产生的脉冲，接到待选脉冲形成电路，即一个D触发器的置零端，E为代选的脉冲，接到同一个D触发器的时钟输入端，D触发器的输出端经待选脉冲同步电路接到单稳电路的输入端，单稳电路的输出为N，在与代选脉冲那个E相“与”，即可得到脉冲数确定的脉冲长度N+E。调节单稳电路的外接电阻和电容，即可调节N的逻辑高电平的持续时间。当这个持续时间确定时，对压电马达，将脉冲频率向偏离谐振频率的两个方向改变，均可使转角变小，精度提高。
再见为了实施本发明而提出的电路原理框图和电路原理图。时序控制电路用芯片555；待选脉冲形成电路用芯片L297；待选脉冲同步电路用芯片40174；单稳电路用芯片4098；与门用芯片4081；或门用芯片4071；正、反转控制开关为双向开关K；压控振荡器用芯片4046；他们共同组成步进脉冲形成电路。芯片4046的脚VCOUT与芯片L297的CLOCK端相连，提供待选脉冲E，芯片555的OUT端同时与芯片40174的RST端、芯片4071的输入端相连；芯片L297的A端与芯片40174的时钟端CLK相连，同时其A、B、C、D各端分别与芯片4081各个“与门”的输入端相连；芯片40174的Q端与芯片4098的脚4相连；芯片4098的6脚输出高逻辑电平N到芯片4071和芯片4081各个“与门”的输入端。马达正、反转控制开关K的公共端与芯片L297的CW/CCW相连，当一端向上接5V电源马达正转，向下接地，马达反转；芯片4071的输出端与芯片L297的RESET复位端相连，保证了每次L297启动输出A、B、C、D都是处在相同的状态。在驱动电路中，功放电路是芯片L298；二极管门电路由二极管D1～D8构成；变压器由TRANS1和TRANS2构成，输出端中点接地，L1、L2是匹配电感，步进超声波电机用Motor表示，二极管门电路接于L298与变压器TRANS1、TRANS2的原边间；芯片4081的输出端F、G、H、I分别与芯片L298的INP1～INP4相连；芯片L297的J、K两端与芯片L298的ENA、ENB相连，控制芯片4081的四个是否有效；芯片L297的L、M两端与芯片L298的SENA、SENB相连，起恒流反馈斩波作用，以保证芯片L298在大电流下削波不会过热，在小电流下向上钳位。
整个芯片在555定时器控制下运行，开关K接5V，马达正转。芯片4046连续向芯片L297发出时钟脉冲。芯片555的OUT端向芯片40174、芯片4071发出相同的逻辑高电平D，此后，芯片L297向芯片L298发出四列有固定时间间隔的四列脉冲，其第一列脉冲同时发向40174，经单稳电路芯片4098向芯片4071、4081同时输出一个持续时间固定的逻辑高电平N，它和芯片L297发出的四列脉冲E经过芯片4081后形成脉冲长度一定，脉冲数确定的驱动脉冲F、G、H、I，以保证步进的重复精度，调节芯片L297的外围电阻R11可调节驱动脉冲的频率，这样，便可在偏离共振频率较远的高频段获得比共振频率处更高的精度。也就是说芯片555的脉冲输出设定很小，这可有调节电阻R12达到，调到大约两个代选脉冲周期即对应马达共振频率下的周期，便可调节芯片4098的电阻R14，使马达刚刚开始步进为止，这时的状态为共振下马达步进最小的状态。然后，向偏离共振频率的方向调节芯片4046的电阻R11，便可使马达转角不断变小，精度不断提高。对于定子为黄铜、转子为钢的直径为15mm的柱状超声波马达，用Leica WILD T1610经纬仪测试，在偏移共振频率较远时，其步进角可达3秒，甚至可以更低，而在同一条件下，共振频率时测得的步进角为4分29秒，精度提高了九十倍。由此可见，用单稳触发的方法，即可保证重复精度，又可在偏移共振频率处获得比共振频率处更高的精度。
Claims (6)
1.柱状超声波马达驱动电源，含有时钟脉冲发生电路，步进脉冲发生电路和驱动电路，其特点在于，该驱动电源含有压控振荡器，由时序控制电路，正、反转控制开关，输入端与上述压控振荡器，正、反转控制开关相连的待选脉冲形成电路，输入端与上述待选脉冲形成电路和时序控制电路相连的待选脉冲同步电路，输入端与上述待选脉冲同步电路相连的单稳电路，输入端与上述待选脉冲形成电路和单稳电路相连的与门，输入端与上述单稳电路和时序控制电路相连而输出端与上述待选脉冲形成电路相连的或门共同构成的步进脉冲发生电路，由输入端与上述与门相连的功放电路，二极管门电路和输出端经匹配电感与柱状超声波马达相连的变压器依次串联构成的驱动电路。
2.根据权利要求1所述的柱状超声波马达驱动电源，其特征在于：所述的待选脉冲形成电路是芯片L297。
3.根据权利要求1所述的柱状超声波马达驱动电源，其特征在于：所述的待选脉冲同步电路是芯片40174。
4.根据权利要求1所述的柱状超声波马达驱动电源，其特征在于：所述的时序控制电路是芯片555。
5.根据权利要求1所述的柱状超声波马达驱动电源，其特征在于：所述的压控振荡器是芯片4046。
6.根据权利要求1所述的柱状超声波马达驱动电源，其特征在于：所述的单稳电路是芯片4098。
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