CN2081603U

CN2081603U - 步进电动机驱动装置

Info

Publication number: CN2081603U
Application number: CN 90220428
Authority: CN
Inventors: 薄兰尊; 蒋麟
Original assignee: Xi'an Inst Of Miniature Motor Ministry Of Machine Building And Electronics Indu
Current assignee: Xi'an Inst Of Miniature Motor Ministry Of Machine Building And Electronics Indu
Priority date: 1990-09-15
Filing date: 1990-09-15
Publication date: 1991-07-24

Abstract

本步进电动机驱动装置是一种最适用于驱动五相混合式步进电动机绕组星形接法的电子线路装置，本装置采用恒流斩波原理，在每一相绕组中串一个取样电阻，从其两端取得的电流反馈信号经光耦隔离放大及脉宽调制后，同时控制高压和低压晶体管导通时的占空比，以保持各相绕组中电流的一致性及每相绕组中正反向电流的对称性。因此克服了调频调压电路驱动装置导致步进电动机低频振荡大的缺点，是一种性能价值高而造价低的步进电动机驱动装置。

Description

本步进电动机驱动装置是一种最适用于驱动五相混合式步进电动机的电子线路装置。

五相混合式步进电动机驱动装置目前有两种类型。一种是H形接法恒流斩波驱动装置，如日本SD－S705－12型驱动装置。其原理如图一所示。（图中只表示了步进电动机一相线组的驱动电路。）由取样电阻R上取得的电流反馈信号经PWM（脉宽调制）环节及YF1，YF2，（与非门及三极管放大电路）同时控制高压三极管T1和T3导通时的占空比，以保持步进电动机绕组中电流恒定。该电路的优点是绕组L中正反向电流的对称性及各相电流的一致性好，缺点是一相绕组要配置四个晶体管T1～T4，因而成本较高。另一种是步进电动机绕组星形接法（如图五所示）调频调压驱动装置，如已向中国专利局申请的专利号为88100738中所述的电路的驱动装置。其原理如图二所示。控制脉冲经光耦隔离，F／V（频压变换），PWM（脉宽调制）及YF（与非门及三极管放大电路）去控制低压三极管T2导通时的占空比，以期不同运行频率下绕组L中的电流恒定。该装置的优点是一相绕组只配置二个三极管T1，T2，因而成本低，其缺点是由于没有电流闭环，所以绕组中电流的对称性，一致性不好，因此易使步进电动机振荡，甚至失步堵转。

本驱动装置的目的在于克服上述前一种装置（H形接法）成本高，后一种装置（星形接法）振荡大的缺点。在步进电动机的每一相绕组中串一个取样电阻R，从其两端取得的电流反馈信号经光耦隔离放大及脉宽调制后同时控制高压和低压晶体管导通时的占空比，以保持各相绕组中电流的一致性及每相绕组中正反向电流的对称性。是一种性能价值比较高的新型驱动装置。本装置不仅适用于五相混合式步进电动机，也适用于其他相数的混合式步进电动机的驱动。

本步进电动机驱动装置由可逆计数器，电可编程只读存储器（EPROM），与门，与非门，锯齿波发生器，比较器，光耦，三极管放大电路及功率晶体管等组成，它在步进电动机绕组首端串连一个取样电阻R，从其两端取得的电流反馈信号经光耦P1，P2隔离放大，再经逻辑电路和放大电路构成电流闭环。如图三，图四所示，可逆计数器及EPROM（电可编程只读存储器）组成相序分配部分，它把经过光耦P3隔离的输入控制脉冲，按要求转换成并列输出信号送到YF1和YF2，使高压三极管T1导通，或使低压三极管T2导通。或使二者都不通。它相当于在图二所示电路中增加一个取样电阻R及由二个普通光耦P1，P2组成的隔离放大器，并与PWM，YF1（或YF2），T1（或T2）一起构成电流闭环，以保持绕组L中的电流恒定。此电流闭环电路称恒流斩波电路。

用本驱动装置驱动110BYG5－01型五相混合式步进电动机，各相绕组中电流的一致性和正反向电流的对称性好，低频振荡比用星形接法调频调压驱动装置有显著的改善（无低频振荡堵转现象）。由图六及图七的比较可以看到采用恒流斩波电路后取得的效果。本驱动装置所用的主要元件仅为H形接法驱动装置的一半，因此成本比H形接法的低。

本驱动装置的进一步说明见图3、图4、图5。

图三中YF1由与非门及三极管放大电路组成。（图四所示）。若T2管采用VMOS管，则YF2用与门即可。PWM由锯齿波发生器及比较器组成。

隔离放大器由二个普通光耦P1和P2组成，其输入端反向并连，其输出端并连，对电流信号进行隔离放大。也可用调制解调整型隔离放大器，霍尔电流传感器及线性光耦等，它们不但价格贵而且特性不符合本驱动装置的要求，本装置采用普通廉价光耦作隔离放大器，正是利用了它的非线性才获得良好的效果，它开辟了普通光耦新的应用领域。

由普通光耦P1、P2组成的隔离放大器的输入端串一个电阻R1，输出端与正电源间接一个电阻R2，以使隔离放大器具有良好的静态和动态特性。电阻R1的优选值范围为10～300欧，电阻R2的优选值范围为300～800欧。电阻R1的作用在于精调电流反馈系数，并且可以减小光耦的温漂。（必要时可选有一定温度系数的电阻进一步减小光耦的温漂。）电阻R2的作用在于限制光耦导通时的电流值，并使光耦的输出有良好的前沿和后沿。R2的阻值过小使前沿变慢，过大使后沿变慢。因此适当选择R1和R2的阻值可使隔离放大器具有良好的静态和动态特性。

本驱动装置的与步进电动机绕组串连的取样电阻R的电阻值（欧）与绕组电流值（安）的乘积为1.05～1.25（伏）。该电压值与光耦的输入要求相吻合。

附图说明：

图1.H形接法驱动电路原理框图。

图2.星形接法调频调压驱动装置原理框图。

图3.星形接法恒流斩波驱动电路原理框图。

图4.星形接法恒流斩波驱动电路原理简图。

图5.步进电动机五相绕组星形接法图。

图6.采用调频调压电路步进电动机绕组中可能出现的电流波形图。

图7、采用恒流斩波电路步进电动机绕组中的电流波形图。

本实用新型实施例。按上述线路原理制做的驱动装置，用于驱动110BYG5－01型五相混合式步进电动机。步进电动机五相绕组L1－L5的尾端连在一起（如图五所示），首端接到驱动装置相应的输出端，即图四中取样电阻R的右端。R的左端接到晶体管T1和T2的连接点。光耦P3接收控制脉冲，其输出接到可逆计数器的CP端。可逆计数器的输出端接到EPROM的地址输入端，EPROM的数据输入端接到″与门″和″与非门″的输入端。推动放大级三极管T3、T4、T5的连接如图四所示。由取样电阻R上取得的电流反馈信号经光耦P1、P2隔离放大后送到比较器的同相输入端，对锯齿波进行脉宽调制。此方波送到″与门″和″与非门″去控制晶体管T2或T1导通时的占空比，以此构成电流闭环，使得电机绕组中电流波形的对称性和一致性较好，因此减小了步进电动机的低频振荡。与本驱动装置所配的步进电动机绕组的额定电流为4安，所以取样电阻的值选0.28欧，功率10瓦。R1为30欧，R2为510欧，功率皆为0.25瓦。光耦P1、P2型号为P521。用示波器观察低频时各相绕组中的电流波形如图7所示，实测各相正反向电流值皆在4～4.2安范围内，有良好的一致性和对称性。步进电动机的空载运行频率达50KHZ以上。

Claims

1、一种步进电动机驱动装置，由可逆计数器、电可编程序只读存储器(EPROM)、与门、与非门、锯齿波发生器、比较器、三极管放大电路等组成，其特征在于：用一个取样电阻R，与步进电动机绕组串连，从该电阻R两端取得的电流反馈信号经隔离放大器隔离放大后再经逻辑电路和放大电路构成电流闭环。

2、根据权利要求1所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：所说的隔离放大器由二个普通光耦P1和P2组成，其输入端反向并连，输出端并连。

3、根据权利要求1或2所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：所说的由普通光耦P1、P2组成的隔离放大器的输入端串接一个电阻R1，输出端与正电源间接一个电阻R2。

4、根据权利要求1所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：与步进电动机绕组串连的取样电阻R的电阻值（欧）与绕组电流值（安）的乘积为1.05～1.25（伏）。

5、根据权利要求3所述的步进电动机驱动装置，其特征在于：所说的隔离放大器的输入、输出端连接的电阻R1、R2的优选值范围分别为10～300欧、300～800欧。