CN204597834U - 一种步进电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种步进电机驱动装置，包括：信号生成装置和与其电连接的功率驱动电路，功率驱动电路包括:连接在步进电机绕组两端的两个驱动单元，每个驱动单元包括：输入端口A、电阻R1、R2，三极管T1、T2、T3；电阻R1的一端与输入端口A电连接，电阻R1的另一端与三极管T1的第一引脚连接，三极管T1的第二引脚与三极管T2的第一引脚、三极管T3的第一引脚以及电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与三极管T2的第二引脚和电源电压连接，三极管T2的第三引脚与三极管T3的第三引脚相连接且还与电机绕组的一端连接，三极管T1的第三引脚和三极管T3的第二引脚接地；本实用新型具有结构简单、低成本和精度高的特点。

Description

一种步进电机驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种步进电机驱动装置，主要应用于数码发电机的逆变器中。

背景技术

数码发电机的动力装置是带动电机旋转的柴油机或汽油机，为了保证数码发电机提供稳定的电压和频率，必须维持其电机的稳定转速，而稳定的转速需要根据负载大小的变化来处理油泵执行器的拉杆角度，因此，目前常用的一种控制油泵执行器拉杆角度的装置即为步进电动机。

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数。做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。

但是，步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上，而必须使用专用的步进电动机驱动器进行驱动。现有的步进电动机驱动采用单片步进电机控制集成电路与两片H桥式驱动芯片组合，组成步进电机固定斩波频率的PWM恒流斩波驱动器。这种驱动器不仅结构复杂且成本较高，控制精度也有限。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，且成本低廉、控制精度高的步进电机驱动装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种步进电机驱动装置，包括：输出高电平和低电平的信号生成装置和与其电连接的进行功率放大的功率驱动电路，每个所述功率驱动电路包括：连接在步进电机绕组两端的两个驱动单元，每个所述驱动单元包括：输入端口A、电阻R1、R2，三极管T1、T2、T3；其中，所述电阻R1的一端与输入端口A相电连接，所述电阻R1的另一端与所述三极管T1的第一引脚相连接，所述三极管T1的第二引脚与所述三极管T2的第一引脚、三极管T3的第一引脚以及所述电阻R2的一端相连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管T2的第二引脚和电源电压相连接，所述三极管T2的第三引脚与所述三极管T3的第三引脚相连接且还与所述电机绕组的一端相连接，所述三极管T1的第三引脚和所述三极管T3的第二引脚接地。

其中，所述三极管T3的第三引脚与所述三极管T2的第三引脚以及电机绕组的一端还与电容C1的一端相连接，所述电容C1的另一端接地。

其中，三极管T1和三极管T2为NPN型三极管，所述三极管T3为PNP型三极管。

其中，两个所述驱动单元的其中一个驱动单元的输入端口A与另一个驱动单元的三极管T3的第二引脚相电连接。

其中，所述信号生成装置是采集转速信号并将所述转速信号转换为高电平和低电平输出的DSP芯片。

其中，所述DSP芯片的输入/输出引脚与所述功率驱动电路的输入端电连接。

其中，所述DSP芯片的型号为TMS320F28027。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型采用DSP芯片和功率驱动电路控制步进电机，具有结构简单、低成本和控制精度高且驱动能力强的特点。

2、本实用新型中的功率驱动电路采用两种方式，可以减少输入端的引脚设置，进一步简化了电路结构。

附图说明

图1为应用本实用新型实施例的数码发动机转速控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型的步进电机的驱动装置的电路结构图；

图3为本实用新型的功率驱动电路的一种电路结构图；

图4为本实用新型的功率驱动电路的另一种电路结构图

附图标记说明

1-数码发电机   2-信号生成装置

3-功率驱动电路 4-步进电机

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，为应用本实用新型实施例的步进电机驱动装置的数码发电机的转速控制系统的结构示意图，其中，本实施例中的步进电机的驱动装置包括：生成高电平和低电平的信号生成装置2和与其电连接的进行功率放大的功率驱动电路3，其中，信号生成装置2可以采集数码发电机1的转速信号，并将转速信号转换为高电平和低电平的脉冲信号并输出，功率驱动电路3的输入端与信号生成装置2的输出端电连接，功率驱动电路3的输出端与步进电机相电连接，从而使功率驱动电路3接收来自信号生成装置2的脉冲信号并对其进行信号功率放大，放大后的脉冲信号输出至步进电机4，从而对步进电机4进行控制，以带动油泵执行器拉杆角度的变化，实现控制数码发电机达到目标转速，并可以保证转速的稳定性。

为了保证本实用新型实施例数据采集过程的精度和速度，本实用新型中的信号生成装置可以是DSP芯片，其采集数码发电机的转速信号并将该转速信号转换为高电平和低电平输出，本实施例中的DSP芯片的型号为：TMS320F28027，其具有较高的采集速度和精度。

图2为本实用新型实施例的步进电机驱动装置的电路结构图，其中，包括：采集转速信号并将其转换为高电平和低电平的脉冲信号的信号生成装置2和与其电连接的进行功率放大的功率驱动电路3，其中信号生成装置为DSP芯片，型号为：TMS320F28027；本实施例中，DSP芯片的输入/输出引脚(如本实施例中的第25引脚)与所述数码发电机1电连接，用于采集数码发电机的转速，并通过内部程序的设置，将转速信号转换为脉冲信号输出。功率驱动电路3与DSP芯片的输入输出引脚(如本实施例中的第1引脚、第19引脚、第41引脚和第42引脚)中的一个或多个相电连接，用于对脉冲信号进行功率放大，以便控制步进电机4；步进电机4接收经功率放大后的脉冲信号，并将其转换成角位移或线位移以控制柴油机或汽油机的油泵执行器拉杆角度，从而实现对数码发电机的转速的持续精确控制。

如图3所示，为本实用新型实施例中功率驱动电路的一种电路结构图；由于步进电机的各相的功率驱动电路是完全对称的，本实施例中只示出了其中一相功率驱动电路的电路结构。如图3所示，每相功率驱动电路包括分别连接在步进电机绕组两端的两个驱动单元Q1和Q2，驱动单元Q1包括：电阻R1、R2，脉冲驱动电流开关器件T1、绕组上端导通电流驱动开关器件T2、绕组下端电流导通开关器件T3；驱动单元Q2包括：电阻R3、R4，脉冲驱动电流开关器件T4、绕组上端导通电流驱动开关器件T5、绕组下端电流导通开关器件T6；本实施例中，脉冲驱动电流开关器件T1、T4，绕组上端导通电流驱动开关器件T2、T5以及绕组下端电流导通开关器件T3、T6都是三极管。且优选的，脉冲驱动电流开关器件T1、T4为小功率NPN型三极管，绕组上端导通电流驱动开关器件T2、T5为中功率NPN三极管，绕组下端电流导通开关器件T3、T6为中功率PNP型三极管。

电阻R1的一端与输入端口A端电连接，且A端与DSP芯片相电连接(如第1引脚)，电阻R1的另一端与脉冲驱动电流开关器件T1的基极相连接，脉冲驱动电流开关器件T1的集电极与绕组上端电流导通开关器件T2的基极、绕组下端电流导通开关器件T3的基极以及电阻R2的一端相连接，电阻R2的另一端和绕组上端导通电流驱动开关器件T2的集电极与电源电压E1相连接，绕组上端导通电流驱动开关器件T2的发射集与绕组下端导通电流驱动开关器件T3的发射集相连接且还与电机绕组L的一端相连接，脉冲驱动电流开关器件T1的发射集和绕组下端电流导通开关器件T3的集电极接地。优选的，绕组下端导通电流驱动开关器件T3的发射集与绕组上端导通电流驱动开关器件T2的发射集以及电机绕组的一端还与电容C1的一端相连接，电容C1的另一端接地，以实现对信号的滤波作用。

电阻R3的一端与输入端口B端电连接，且B端与DSP芯片相电连接(如第19引脚)，电阻R3的另一端与脉冲驱动电流开关器件T4的基极相连接，脉冲驱动电流开关器件T4的集电极与绕组上端电流导通开关器件T5的基极、绕组下端电流导通开关器件T6的基极以及电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端与绕组上端导通电流驱动开关器件T5的集电极与电源电压相E2连接，绕组上端导通电流驱动开关器件T5的发射集与绕组下端导通电流驱动开关器件T6的发射集相连接且还与电机绕组的一端相连接，脉冲驱动电流开关器件T4的发射集和绕组下端电流导通开关器件T6的集电极接地。优选的，绕组下端电流导通开关器件T6的发射集与绕组上端电流导通开关器件T5的发射集以及电机绕组的一端还与电容C2的一端相连接，电容C2的另一端接地，以实现对信号的滤波作用。

本实施例中，各相的功率驱动电路3有两个端口(A端和B端)与DSP芯片相电连接，DSP芯片从A端输入脉冲信号，当A端为低电平，B端为高电平时，脉冲驱动电流开关器件T1不导通，则电源电压E1为绕组上端电流导通开关器件T2及绕组下端电流导通开关器件T3的基极提供高电平，使绕组上端电流导通开关器件T2导通，绕组下端电流导通开关器件T3不导通。这样电源电压E1经绕组上端电流导通开关器件T2集电极和发射极流入电机绕组L，再经另一相同驱动回路绕组下端电流导通开关器件T6发射机和集电极返回电源地，形成回路。此回路电流使电机绕组L产生磁场，这样使步进电动机转子在磁场作用下转动。同理若A端为高电平，B端为低电平时，驱动电流将从电机绕组L与上述相反方向流入，达到控制步进电动机反方向运动的目的。

由于本实施例中每一路单独由DSP控制，控制方式灵活多变，故可应用于包括四线或五线等各式步进电动机的驱动。

为了简化功率驱动电路的结构，本实用新型还采用了另一种功率驱动电路的电路结构；如图4所示，将如图3所示的功率驱动电路中的驱动单元Q1的输入端口A连接至驱动单元Q2的脉冲驱动电流开关器件T2的集电极上，即可形成本实用新型的另外一种功率驱动电路的结构。

其中，各相功率驱动电路包括：电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C2，脉冲驱动电流开关器件T1、T4，绕组上端导通电流驱动开关器件T2、T5，绕组下端电流导通开关器件T3、T6；本实施例中，脉冲驱动电流开关器件T1、T4，绕组上端导通电流驱动开关器件T2、T5以及绕组下端电流导通开关器件T3、T6都是三极管，且优选的，脉冲驱动电流开关器件T1、T4为小功率NPN型三极管，绕组上端导通电流驱动开关器件T2、T5为中功率NPN三极管，绕组下端电流导通开关器件T3、T6为中功率PNP型三极管。

其中，电阻R3的一端与输入端口B端相电连接，其B端与DSP芯片相连接，电阻R3的另一端与脉冲驱动电流开关器件T4的基极相连接，脉冲驱动电流开关器件T4的集电极与电阻R1的一端相连接，电阻R1的另一端与脉冲驱动电流开关器件T1的基极相连接，脉冲驱动电流开关器件T1的集电极与绕组上端电流导通开关器件T2的基极、绕组下端电流导通开关器件T3的基极以及电阻R2的一端相连接，电阻R2的另一端与绕组上端导通电流驱动开关器件T2的集电极与电源电压E1相连接，绕组上端导通电流驱动开关器件T2的发射集与绕组下端导通电流驱动开关器件T3的发射集相连接且还与电容C1的一端和电机绕组L的一端相连接，脉冲驱动电流开关器件T1的发射集和绕组下端电流导通开关器件T3的集电极以及电容C1的另一端接地；脉冲驱动电流开关器件T4的集电极还与绕组上端电流导通开关器件T5的基极和绕组下端电流导通开关器件T6的基极以及电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端与绕组上端导通电流驱动开关器件T5的集电极与电源电压E2相连接，绕组上端导通电流驱动开关器件T5的发射集与绕组下端导通电流驱动开关器件T6的发射集相电连接且还与电容C2的一端和电机绕组L的另一端相连接，脉冲驱动电流开关器件T6的发射集和绕组下端电流导通开关器件T6的集电极以及电容C2的另一端接地。

本实施例中，电机绕组L驱动电流仅由B端输入控制信号。当B端为高电平，脉冲驱动电流开关器件T4导通，导致脉冲驱动电流开关器件T1基极为低电平，使T1为关断状态。这样就达到了DSP芯片单独控制两路功率驱动电路的目的，节省了DSP芯片控制管脚，及内存占用。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种步进电机驱动装置，包括：输出高电平和低电平的信号生成装置和与其电连接的进行功率放大的功率驱动电路，其特征在于：所述功率驱动电路包括：连接在步进电机绕组两端的两个驱动单元，每个所述驱动单元包括：输入端口A、电阻R1、R2，三极管T1、T2、T3；其中，所述电阻R1的一端与输入端口A相电连接，所述电阻R1的另一端与所述三极管T1的第一引脚相连接，所述三极管T1的第二引脚与所述三极管T2的第一引脚、三极管T3的第一引脚以及所述电阻R2的一端相连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管T2的第二引脚和电源电压相连接，所述三极管T2的第三引脚与所述三极管T3的第三引脚相连接且还与所述电机绕组的一端相连接，所述三极管T1的第三引脚和所述三极管T3的第二引脚接地。

2.根据权利要求1所述的步进电机驱动装置，其特征在于：所述三极管T3的第三引脚与所述三极管T2的第三引脚以及电机绕组的一端还与电容C1的一端相连接，所述电容C1的另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述的步进电机驱动装置，其特征在于：所述三极管T1和三极管T2为NPN型三极管，所述三极管T3为PNP型三极管。

4.根据权利要求1或2所述的步进电机驱动装置，其特征在于：两个所述驱动单元的其中一个驱动单元的输入端口A与另一个驱动单元的三极管T3的第二引脚相电连接。

5.根据权利要求4所述的步进电机驱动装置，其特征在于：所述信号生成装置是采集转速信号并将所述转速信号转换为高电平和低电平输出的DSP芯片。

6.根据权利要求4所述的步进电机驱动装置，其特征在于：所述DSP芯片的输入/输出引脚与所述功率驱动电路的输入端电连接。

7.根据权利要求4所述的步进电机驱动装置，其特征在于：所述DSP芯片的型号为TMS320F28027。