CN202586854U - 一种数字步进电机驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字步进电机驱动器，包括主控芯片和控制接口电路，所述控制接口电路包括差分控制信号接头、10-24V控制信号接头和电压转换电路，所述差分控制信号接头与所述主控芯片连接，所述10-24V控制信号接头通过所述电压转换电路与所述主控芯片连接。本实用新型的有益效果是：由于采用了控制接口电路，使得与PLC等通用控制器的连接十分方便，另外本数字步进电机驱动器电流采样简单，无零漂移，参数调节方便，并且通过串口通讯电路可以方便地通过PC机或外部调试器实现参数调整和调试，也可以通过该通讯口进行指令模式控制，适应多种控制要求场合，还可以对设备发生的故障进行记忆。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种驱动器，具体涉及数字步进电机驱动器。
背景技术
目前，公知的步进驱动器有的控制信号接口采用光耦隔离的差分接口，只能接收+5V左右的控制信号，如用户采用PLC等通用控制器对步进驱动器进行控制时，需外部增加限流电阻或要求驱动器制造厂家进行定制。在步进控制方法方面，现有步进驱动器主要采用模拟控制方式，驱动器的控制性能受电机的参数和元器件的一致性影响较大。同时，用户在应用过程中，发现设备出现故障，因不能获得驱动器出现任何故障信息，导致不能排除故障，导致设备长期运行不正常。
发明内容
为了解决现有步进驱动器的接口接线适应性差，尤其是不能与PLC等通用控制器直接接线问题，本实用新型提供了一种数字步进电机驱动器。
进一步的，本实用新型解决的技术问题还包括：现有步进驱动器出现故障时，不能直接提示，用户排除故障困难；现有驱动器不能对设备曾经发生的故障进行记忆，用户不能对出现不良进行分析和进行有效改进。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种数字步进电机驱动器。
一种数字步进电机驱动器，包括主控芯片和控制接口电路，所述控制接口电路包括差分控制信号接头、10-24V控制信号接头和电压转换电路，所述差分控制信号接头与所述主控芯片连接，所述10-24V控制信号接头通过所述电压转换电路与所述主控芯片连接。
优选地，所述控制接口电路还包括故障信号接头，所述故障信号接头与所述主控芯片连接。
优选地，还包括状态指示电路，所述状态指示电路与所述主控芯片连接。
优选地，还包括电压采样电路，所述电压采样电路与所述主控芯片连接。
优选地，还包括电流采样电路，所述电流采样电路与所述主控芯片连接。
优选地，还包括过流保护电路，所述过流保护电路与所述主控芯片连接。
优选地，还包括H桥驱动电路和H桥MOSFET电路，所述H桥驱动电路分别与所述主控芯片和所述H桥MOSFET电路连接。
优选地，还包括参数设置电路和串口通讯电路，所述参数设置电路和串口通讯电路分别与所述主控芯片连接。
优选地，所述电压转换电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极与控制接口电路的光耦的发光二极管的阴极连接、阴极与所述发光二极管的阳极连接，所述10-24V控制信号接头与稳压二极管的阴极连接。
优选地，所述H桥MOSFET包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂连接在电源和地之间，所述第一桥臂或第二桥臂与地之间串接有采样电阻。
本实用新型的有益效果是：由于采用了控制接口电路，使得与PLC等通用控制器的连接十分方便，另外本数字步进电机驱动器电流采样简单，无零漂移，参数调节方便，并且通过串口通讯电路可以方便地通过PC机或外部调试器实现参数调整和调试，也可以通过该通讯口进行指令模式控制，适应多种控制要求场合，还可以对设备发生的故障进行记忆。
附图说明
图1是本实用新型的一种具体实施例的结构框图；
图2是图1中的一种H桥MOSFET电路图；
图3是图1中的一种接口控制电路图。
具体实施方式
以下将结合如图，对本实用新型的具体实施例做进一步的详细说明。
如图1所示，数字步进电机驱动器的一种具体实施例，包括主控芯片1和控制接口电路12，控制接口电路12包括差分控制信号接头、10-24V控制信号接头和电压转换电路，差分控制信号接头与主控芯片12连接， 10-24V控制信号接头通过电压转换电路与主控芯片1连接。
如图2所示，控制接口电路12的1脚是10-24V控制信号接头，其通过电阻R98和电阻R99与稳压管V3的阴极连接，通过电阻R94和电阻R95与稳压管V1的阴极连接，通过电阻R96和电阻R97与稳压管V2的阴极连接，控制接口电路12的光耦U2的发光二极管两端的电压即可以稳定在与其工作电压相匹配的范围内（本实施例的发光二极管的工作电压在+5V左右）；同理高速隔离光耦芯片U3的输入脚A1脚和K2脚的电压也会稳定在与其工作电压相匹配的范围内。当采用PLC等控制器对步进驱动器进行控制时，即其采用的控制信号是10-24V的控制信号，即可将本数字步进电机驱动器的控制接口电路12的1脚与该PLC的接口连接，而无需另外增加限流电阻等，同时控制接口电路12还保留了差分信号接头如2脚和3脚，2脚通过R12和R40与芯片U1的A1脚连接，3脚直接与芯片K1脚连接，从而差分控制信号可以不经过稳压管的作用而输入芯片U3，即控制接口电路12可以兼容差分控制信号。
优选地，控制接口电路还包括与主控芯片连接的故障信号接头，用于向控制器传送来自主控芯片的故障信号，数字步进电机驱动器还包括状态指示电路2、参数设置电路3、串口通讯电路11、EEPROM电路10、H桥驱动电路4、H桥MOSFET电路5、电流采样电路6、电压采样电路7、过流保护电路9和电源电路8；状态指示电路2、参数设置电路3、串口通讯电路11、EEPROM电路10、H桥驱动电路4、电流采样电路6、电压采样电路7和过流保护电路9分别与主控芯片1连接，H桥MOSFET电路5分别与H桥驱动电路4和电流采样电路6连接，电源电路8分别与过流保护电路9和电压采样电路7连接。
主控芯片1通过控制接口电路12接收外部脉冲信号PUL、方向信号DIR、使能信号EN等信号，还有经电流采样电路6处理后的电流反馈信号，经过已设定好的参数和相应的算法输出PWM信号，然后经H桥驱动电路4再送至H桥MOSFET电路5以驱动混合式步进电机旋转；这一过程中内部的过流保护电路7、电压采样电路7提供相应保护，在设备出现故障是将相应的故障通过状态指示电路2告知使用者；通过串口通讯电路11可以设置控制环路的相关参数，并对调整后的参数进行试机运行，还可以查看相应波形及记录在主控芯片1的故障记录。
其中电流采样信号、电压采样信号送到主控芯片1的A/D端口转化为数字量，经主控芯片1内部处理后，直接输出PWM信号，而电机位置信息通过编码器得到的也是数字量，从而实现了全数字化，消除了模拟电路固有的漂移及参数分散等缺点。
如图1-3所示，主控芯片U1通常采用单片机或DSP，U1接收外部脉冲信号PUL、方向信号DIR、使能EN信号，经图2中电流采样电路6处理后的电流反馈信号ISOA和ISOB，经过已设定好的参数和相应的算法输出PWM信号，然后经图2中H桥驱动电路4再送至H桥MOSFET电路5，以驱动两相混合式步进电机旋转。A+、A-和B+、B-分别接两相混合式步进电机的两个绕组上。
H桥MOSFET电路5包括A相H桥MOSFET电路、B相H桥MOSFET电路，两者结构相同，对于A相H桥MOSFET电路来说，第一桥臂包括第四场效应管M4、和第五场效应管M5，第二桥臂包括第二场效应管M2和第三场效应管M3，两个桥臂连接在电源VM和地之间，端点A+和端点A-之间串接步进电机的其中一个绕组，第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4和第五场效应管M5分别由开关信号LAH、LAL、RAH和RAL（直接或间接来自主控芯片1）来控制开启和关断，采样电阻RSA串接在第一桥臂或第二桥臂和地之间，即采样电阻RSA串接第五场效应管M5和地之间（相应地，第三场效应管M3的源极则直接接地），或者第三场效应管M3和地之间。而对于B相H桥MOSFET电路而言，采样电阻RSB串接第九场效应管M9和地之间（相应地，第七场效应管M7的源极则直接接地），或者第七场效应管M7和地之间。
当电机A相绕组从VM经第二场效应管M2到端点A+，再到端点A-，经过第五场效应管M5，再经过采样电阻RSA到地这一路径正向充电时，电流流过RSA，可以在端点ISA上采集得到电机A相电流信息ISOA；而当电机绕组从VM经第四场效应管M4到端点A-，再到端点A+，经过第三场效应管M3到地这一路径反向充电时，采样电阻RSA上不能直接得到电流信息，而在这条充电路径被关闭时（至少第四场效应管M4被关闭），电流会从端点A+经第三场效应管M3到地，再经采样电阻RSA、第五场效应管M5到端点A-这一路径续流，用此续流电流来替代反向充电电流ISOA。步进电机B相绕组电流的检测方法与A相绕组相同，可得到B相绕组电流信息ISOB。
这样，不是在两个桥臂上都设置一个电流的采样电阻RSA，从而省掉一个通道的电流采样电路，这有利于节省PCB空间、方便布板和降低成本。
在电机运行过程中内部的过流保护电路、电压采样电路用以提供相应保护，在一定时间内循环使故障灯闪烁不同次数来表示不同的故障方式，并通过状态指示电路告知使用者。
本实用新型还可以通过串口通讯电路（RS485通讯电路）与外部的上位机PC或其他可以通讯的设备通讯，方便地设置各个控制环路的相关参数，并对调整后的参数进行试机运行，还可以查看相应波形及故障记录，极大的方便使用者在现场的调试。
Claims (10)
1.一种数字步进电机驱动器，其特征是：包括主控芯片和控制接口电路，所述控制接口电路包括差分控制信号接头、10-24V控制信号接头和电压转换电路，所述差分控制信号接头与所述主控芯片连接，所述10-24V控制信号接头通过所述电压转换电路与所述主控芯片连接。
2.如权利要求1所述的数字步进电机驱动器，其特征是：所述控制接口电路还包括故障信号接头，所述故障信号接头与所述主控芯片连接。
3.如权利要求1所述的数字步进电机驱动器，其特征是：还包括状态指示电路，所述状态指示电路与所述主控芯片连接。
4.如权利要求1所述的数字步进电机驱动器，其特征是：还包括电压采样电路，所述电压采样电路与所述主控芯片连接。
5.如权利要求1所述的数字步进电机驱动器，其特征是：还包括电流采样电路，所述电流采样电路与所述主控芯片连接。
6.如权利要求1所述的数字步进电机驱动器，其特征是：还包括过流保护电路，所述过流保护电路与所述主控芯片连接。
7.如权利要求1所述的数字步进电机驱动器，其特征是：还包括参数设置电路和串口通讯电路，所述参数设置电路和串口通讯电路分别与所述主控芯片连接。
8.如权利要求1或5所述的数字步进电机驱动器，其特征是：还包括H桥驱动电路和H桥MOSFET电路，所述H桥驱动电路分别与所述主控芯片和所述H桥MOSFET电路连接。
9.如权利要求1所述的数字步进电机驱动器，其特征是：所述电压转换电路包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极与控制接口电路的光耦的发光二极管的阴极连接、阴极与所述发光二极管的阳极连接，所述10-24V控制信号接头与稳压二极管的阴极连接。
10.如权利要求8所述的数字步进电机驱动器，其特征是：所述H桥MOSFET电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂连接在电源和地之间，所述第一桥臂或第二桥臂与地之间串接有采样电阻。
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|---|---|---|---|---|
| CN107688117A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-02-13 | 汪明生 | 一种两相步进电机驱动器反馈电流采样方法 |
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| CN112684277A (zh) * | 2021-01-22 | 2021-04-20 | 深圳市显控科技股份有限公司 | 步进驱动器测试方法、步进驱动器测试系统及存储介质 |
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