CN205039729U

CN205039729U - 一种步进电机驱动器

Info

Publication number: CN205039729U
Application number: CN201520815237.5U
Authority: CN
Inventors: 程启明; 余德清; 张宇; 谭冯忍; 高杰
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2025-10-20

Abstract

本实用新型涉及一种步进电机驱动器，包括脉冲信号发生电路、步进电机驱动芯片、工作模式设定电路、自动半流锁定电路和供电电路，所述脉冲信号发生电路连接步进电机驱动芯片，所述步进电机驱动芯片分别连接工作模式设定电路和自动半流锁定电路，所述供电电路分别连接脉冲信号发生电路、步进电机驱动芯片和自动半流锁定电路。与现有技术相比，本实用新型具有成本低、实用性强、多种工作模式、过热自动保护功能等优点。

Description

一种步进电机驱动器

技术领域

本实用新型涉及一种电机驱动器，尤其是涉及一种步进电机驱动器。

背景技术

步进电机是一种将电脉冲信号转化为线位移或机械角位移的开环控制机电元件，收到一个脉冲信号步进电机就转动一个角度，称为“步距角”，在开环控制系统中它能够达到良好的定位精度，并且具有价格低廉、控制简单以及积累误差小等优点，在工业生产中获得了广泛的应用。然而步进电机的步距角一般较大，并且存在低频振动的现象，影响了步进电机的运行性能。步进电机细分驱动技术能够大幅度减小步进电机的步距角，使电机运行的平稳性和运转精度都得到提高，同时也增加了控制的灵活性。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的成本高、低频振动明显、结构复杂等缺陷而提供一种步进电机驱动器，具有成本低、实用性强、多种工作模式、过热自动保护功能等优点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种步进电机驱动器包括脉冲信号发生电路、步进电机驱动芯片、工作模式设定电路、自动半流锁定电路和供电电路，所述脉冲信号发生电路连接步进电机驱动芯片，所述步进电机驱动芯片分别连接工作模式设定电路和自动半流锁定电路，所述供电电路分别连接脉冲信号发生电路、步进电机驱动芯片和自动半流锁定电路。

所述脉冲信号发生电路包括连续脉冲发生电路和单个上升沿产生电路。

所述连续脉冲发生电路采用NE555芯片。

所述步进电机驱动芯片采用TB6560芯片。

所述工作模式设定电路采用拨码开关。

所述自动半流锁定电路采用单稳态触发器。

所述供电电路包括相连接的输入电源接口和稳压管，所述输入电源接口和稳压管的输出端均连接部件电机驱动芯片，所述稳压管的输出端分别连接脉冲信号发生电路和自动半流锁定电路。

所述脉冲信号发生电路通过光耦隔离电路连接步进电机驱动芯片。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)自带脉冲信号发生器，并且可以连续调节方波频率，脉冲信号发生器不仅可以产生连续脉冲信号还可以产生单一上升沿信号，对应驱动器的连续和单步两种运行状态，实现单步、连续两种驱动模式。

2)自动半流锁定电路通过单稳态触发器74HC123芯片与TB6560芯片的配合，在电机停转时自动半流锁定，减小电流值，减少步进电机发热，具有过热自动保护功能。

3)工作模式设定电路不仅能够实现整步、二细分、八细分、十六细分可调，解决步进电机低频工作时的大振动、大噪声的问题；还可以实现输出电流0.5-3A范围内7档可调。

4)供电电路采用输入电源接口和稳压管的结构，只需要一个输出电源接口的24V直流电源，就可以由稳压管提供5V电源，不需要额外地增加接口来提供5V控制电源。

5)接口及光耦隔离电路起到电路保护作用，增加电路可靠性。

6)各部分电路选用市场上配件，结构简单，成本低，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为光耦隔离电路、步进电机驱动芯片、工作模式设定电路和自动半流锁定电路的连接示意图；

图3为脉冲信号发生电路中连续脉冲发生电路的示意图；

图4为脉冲信号发生电路中单个上升沿发生电路的示意图；

图5为供电电路的示意图；

图6为自动半流锁定电路的示意图；

图7为工作模式设定电路的示意图。

图中：1、脉冲信号发生电路，2、步进电机驱动芯片，3、工作模式设定电路，4、自动半流锁定电路，5、供电电路，6、光耦隔离电路，7、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进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种步进电机驱动器包括脉冲信号发生电路1、步进电机驱动芯片2、工作模式设定电路3、自动半流锁定电路4和供电电路5，脉冲信号发生电路1通过光耦隔离电路6连接步进电机驱动芯片2，步进电机驱动芯片2分别连接工作模式设定电路3和自动半流锁定电路4，所述供电电路5分别连接脉冲信号发生电路1、步进电机驱动芯片2和自动半流锁定电路4来提供电源。下面具体说明各部分电路结构：

脉冲信号发生电路1包括连续脉冲发生电路和单个上升沿产生电路。如图3所示，连续脉冲发生电路是利用NE555芯片组成的一个多谐振荡器，NE555芯片由5V供电，其频率和占空比在一定范围内可调，提供连续脉冲信号out1；如图4所示，单个上升沿产生电路利用三极管截止与导通特性，通过一简单开关按钮的按下接通电源来得到一个上升沿，图4中该部分用一个5V电源串联电阻和开关S2-1的简单电路取代，开关S2-1闭合则电路导通，电压从无到有，提供单个上升沿信号out2，以实现步进电机7的单步运行。单个上升沿产生电路与连续脉冲发生电路的信号输出均与步进电机驱动芯片2的控制信号输入端连接，即与图2中P1的引脚4连接。

如图2所示，步进电机驱动芯片2的型号为TB6560，各个引脚说明如下：

1)步进电机控制信号有3个，对应三个引脚为CLK、CW/CCW、EN，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。对引脚CLK、CW/CCW的控制信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本实施例中选择2个6N137高速光耦隔离引脚CLK、CW/CCW的控制信号，其信号传输速率可达到10MHz，1个PC817光耦隔离器来隔离引脚EN的控制信号。光耦可以防止电机干扰和损坏接口板电路，且对控制信号进行整形。信号接口P1的引脚1接地，引脚2接5V电源，三个光耦隔离器采用共阳极接法，阳极接在一起并通过引脚3与外部5V电源相连接，引脚5接光耦TLP521芯片阴极，提供引脚EN的控制信号，引脚4连接脉冲信号发生电路1的输出端，提供引脚CLK的控制信号，引脚6连光耦芯片6N137阴极，提供引脚CW/CCW的控制信号。

2)引脚VMB、VMA为步进电机驱动电源引脚，通过电容C110、C11和C14连接24V电源。

3)引脚OUT_AP、OUT_AM、OUT_BP、OUT_BM分别为电机的输出接口，通过接口P4、P5连接的电机A、B相。

4)引脚NFA、NFB分别为电机A、B相最大驱动电流定义引脚，连接工作模式设定电路3，引脚PGNDA、PGNDB、SGND分别接地。

5)引脚VCC接5V电源。

6)引脚M0、Protect用于连接工作状态和过流保护指示灯，对应LED灯D3、D2；引脚RESET为芯片复位脚，低电平有效。

7)引脚OSC所接电容的大小决定了斩波器频率，本实施例中连接电容C9。

8)引脚M2、M1为细分设置引脚，外接工作模式设定电路3，可设定不同的细分值，如整步、半步、1/8细分、1/16细分。由于步进电机7在低频工作时，有振动大、噪声大的缺点，需要细分解决。

9)引脚DCY2、DCY1外接工作模式设定电路3，设置电流衰减模式(0、25％、50％、100％)，用于满足不同的步进电机7需要。

10)引脚TQ2和TQ1电平在电机工作时设置为电流输出最大，在电机不工作时电流减半甚至更小，外接工作模式设定电路3和自动半流锁定电路4。

半流锁定是指当步进电机7处于停转状态时自动减小电流，以尽可能减少电机发热，在TB6560芯片的引脚NFB、NFA确定最大输出电流后，引脚TQ1和TQ2设定电流衰减比率输出，当其电位组合分别设为LL、LH、HL、HH时，L为低电位，H为高电位，输出电流相应为设定最大电流的100％、75％、50％、25％。随着电机驱动电流的改变，电机输出扭矩也随之改变。自动半流锁定电路4采用有清除端的可双重触发单稳态触发器74HC123芯片，其供电电源为5V，通过供电电路5获取，为减少干扰噪声应接入旁路电容和去耦电容，如图6所示，与TB6560芯片的配合，将引脚1B与TB6560芯片的引脚CLK相连。将芯片74HC123的引脚1R接高电平，引脚1A接地，由74HC123的状态表可知，当引脚1R为H，引脚1A为L，引脚1B为脉冲上升沿时，引脚1Q输出一个高电平脉冲，而引脚1Q反输出一个低电平脉冲，之后置位为高电平。由此确定电路连接图的接线方式，即引脚1Q反分别与引脚TQ1、TQ2连接，当没有脉冲输入时，将引脚TQ1、TQ2上的电位拉高，此时的电流值衰减为设定值的20％，从而实现了步进电机7的自动半流锁定功能，以及过热自动保护功能。

如图7所示，工作模式设定电路3用以设置步进电机7的细分数、工作电流等运行参数，通过拨码开关对TB6560芯片的引脚TQ1和TQ2、M1和M2、PFD1和PFD2设置不同的电位组合以设定电流衰减比率、细分数、电流衰减模式，以及在0.5-3A范围内设定输出电流值的电路部分。

其中，拨码开关包括拨码开关SWDIP-6，TB6560芯片的引脚TQ1和TQ2、M1和M2、PFD1和PFD2外接拨码开关SWDIP-6后接地，通过拨码开关设定不同细分数，可实现整步、二细分、八细分、十六细分，细分控制是为了解决步进电机7低频工作时的大振动、大噪声的问题；

还包括拨码开关K1、K2、K3和相应的电阻，对应连接TB6560芯片的引脚NFA、NFB，输出电流可实现0.5-3A范围内7档可调，TB6560芯片的引脚NFA、NFB分别为电机两相最大驱动电流设定引脚，最大电流计算公式为：

IOUT(A)＝0.5(V)/RNF(Ω)

，如果想设定电机的每相最大驱动电流为2.5A，则取RNA＝RFB＝0.2Ω。本实施例中通过三个阻值分别为1.2Ω、0.51Ω、0.33Ω的电阻的并联组合可实现电流0.5-3A可调。三个电阻分别与拨码开关K1、K2、K3相连接，通过设定拨码开关的状态组合，可得到不同的电流，开关状态与电流值得关系如表1所示。

表1工作电流设定表

如图5所示，供电电路5包括相连接的输入电源接口和稳压管，稳压管采用三端稳压管LM7805，输入电源接口和三端稳压管LM7805的输出端均连接部件电机驱动芯片，三端稳压管LM7805的输出端分别连接脉冲信号发生电路1和自动半流锁定电路4，输入电源接口连接24V电源，三端稳压管LM7805输出5V，则既可以用24V电源和5V电源为步进电机驱动芯片2供电，又可以用5V电源为脉冲信号发生电路1和自动半流锁定电路4供电，省去了一个5V控制电源，即省去原P1口引脚2额外接的一个5V电源。

Claims

1.一种步进电机驱动器，其特征在于，包括脉冲信号发生电路(1)、步进电机驱动芯片(2)、工作模式设定电路(3)、自动半流锁定电路(4)和供电电路(5)，所述脉冲信号发生电路(1)连接步进电机驱动芯片(2)，所述步进电机驱动芯片(2)分别连接工作模式设定电路(3)和自动半流锁定电路(4)，所述供电电路(5)分别连接脉冲信号发生电路(1)、步进电机驱动芯片(2)和自动半流锁定电路(4)。

2.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动器，其特征在于，所述脉冲信号发生电路(1)包括连续脉冲发生电路和单个上升沿产生电路。

3.根据权利要求2所述的一种步进电机驱动器，其特征在于，所述连续脉冲发生电路采用NE555芯片。

4.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动器，其特征在于，所述步进电机驱动芯片(2)采用TB6560芯片。

5.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动器，其特征在于，所述工作模式设定电路(3)采用拨码开关。

6.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动器，其特征在于，所述自动半流锁定电路(4)采用单稳态触发器。

7.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动器，其特征在于，所述供电电路(5)包括相连接的输入电源接口和稳压管，所述输入电源接口和稳压管的输出端均连接部件电机驱动芯片，所述稳压管的输出端分别连接脉冲信号发生电路(1)和自动半流锁定电路(4)。

8.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动器，其特征在于，所述脉冲信号发生电路(1)通过光耦隔离电路(6)连接步进电机驱动芯片(2)。