CN209233760U - 一种基于PhotoMOS的步进电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，包括步进电机、电机驱动芯片、单片机和光电耦合模组，光电耦合模组由若干个PhotoMOS光电耦合器组成，单片机的信号输出端与光电耦合模组的输入端电连接以输出步进电机控制信号，电机驱动芯片的信号接收端与光电耦合模组的输出端电连接以接收步进电机控制信号，且电机驱动芯片的驱动输出端与步进电机电连接以驱动步进电机运行。与现有技术相比，本实用新型的步进电机驱动系统利用PhotoMOS无机械触点的特性将系统的信号输入端与信号输出端相隔离，从而有效提高了系统的响应速度和抗电磁波干扰能力，以此提升的步进电机的性能和稳定性。

Description

一种基于PhotoMOS的步进电机驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，具体涉及一种基于PhotoMOS的步进电机驱动系统。

背景技术

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。随着高新科技的发展，越来越多体积微小精密度要求高的高精密仪器都使用到步进电机，小型的步进电机驱动芯片成为了设计方案的首选。为了步进电机控制不受干扰，对于控制的隔离显得尤为重要。

PhotoMOS与传统的机械型继电器最大的区别在于：PhotoMOS是一款“光电耦合器”，触点不进行机械性的开闭。为此，在触点可靠性、寿命、动作声音、动作速度、以及尺寸大小方面具有卓越的特性。另外，即使是相同的光电耦合器，由于所采用的输出元件不同，也分为很多种类。其特点和用途有所差异，但是由于PhotoMOS在输出元件中采用了功率型MOSFET，因此与光闸流管和光电晶体管方式相比，这款转换设备适用于对微小的模拟信号进行控制。

因此，假设将PhotoMOS应用于步进电机的驱动电路上，将有效提升步进电机的性能并增加其稳定性。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于提供一种基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其具有电路稳定性高、响应速度快的优点。

为实现以上发明目的，本实用新型采取以下技术方案：

基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，包括步进电机、电机驱动芯片、单片机和光电耦合模组，光电耦合模组由若干个PhotoMOS光电耦合器组成，单片机的信号输出端与光电耦合模组的输入端电连接以输出步进电机控制信号，电机驱动芯片的信号接收端与光电耦合模组的输出端电连接以接收步进电机控制信号，且电机驱动芯片的驱动输出端与步进电机电连接以驱动步进电机运行。

与现有技术相比，本实用新型的步进电机驱动系统的单片机通过PhotoMOS光电耦合器向电机驱动芯片输出控制信号以控制电机驱动芯片驱动步进电机运行，其利用PhotoMOS无机械触点的特性将系统的信号输入端与信号输出端相隔离，从而有效提高了系统的响应速度和抗电磁波干扰能力，以此提升的步进电机的性能和稳定性。

优选的，上述信号输出端包括三个信号输出端口，光电耦合模组的PhotoMOS光电耦合器对应信号输出端设有三个，信号接收端对应每个信号输出端口设有一信号接收端口，每个PhotoMOS光电耦合器发的输入端分别与其中一信号输出端口电连接形成信号输入电路，其输出端与对应的信号接收端口电连接形成信号输出电路。

进一步的，所述PhotoMOS光电耦合器的第一引脚与电源电连接，其第二引脚与信号输出端口电连接形成所述信号输入电路；所述PhotoMOS光电耦合器的第三引脚、信号接收端口均与电源电连接，且其第四引脚接地以形成所述信号输出电路，所述信号输入电路通过控制所述PhotoMOS光电耦合器输入端的导通/截止以触发其输出端向信号接收端口输出信号。上述PhotoMOS光电耦合器的第一引脚、第二引脚分别是发光二极管正极、发光二极管负极，第三引脚、第四引脚分别是场效应管输出端、场效应管输入端。

为启动或停止电机驱动芯片的驱动工作，信号输出端包括开关信号输出端口，信号接收端包括开关信号接收端口，开关信号输出端口向开关信号接收端口输出启动或停止信号，以触发电机驱动芯片开始/停止工作。

为实现对步进电机方向的控制，信号输出端包括方向信号输出端口，信号接收端包括方向信号接收端口，方向信号输出端口向方向信号接收端口输出正向或反向信号，以触发电机驱动芯片驱动步进电机正向或反向转动。

为实现对步进电机速度的控制，信号输出端包括速度信号输出端口，信号接收端包括速度信号接收端口，速度信号输出端口通过输出PWM波信号控制发光二极管的导通频率向电机驱动芯片发送速度信号。

为防止电机温度过高而损坏，单片机包括异常信号接收端口，电机驱动芯片包括温度检测单元和异常信号输出端口，光电耦合模组对应异常信号接收端口设有一PhotoMOS光电耦合器，异常信号输出端口与PhotoMOS光电耦合器的输入端电连接以输出温度异常信号，异常信号接收端口与PhotoMOS光电耦合器的输出端电连接以接收温度异常信号。

为实现对步进电机的驱动，驱动输出端包括A相驱动输出端口和B相驱动输出端口，步进电机包括A相端口、B相端口，A相驱动输出端口与步进电机的A相端口电连接形成A相驱动电路，B相驱动输出端口与步进电机的B相端口电连接形成B相驱动电路，电机驱动芯片通过A相驱动电路和B相驱动电路控制电机运行。

优选的，上述光电耦合器为AQY212G2S型芯片，单片机属于STM32F429系列，电机驱动芯片为drv8825芯片，步进电机为两相四线步进电机。

附图说明

图1是本实用新型的原理图；

图2是本实用新型的电路布置图。

具体实施方式

以下根据附图，进一步的说明本实用新型的技术方案：

参见图1-2所示，本实用新型的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，包括步进电机、电机驱动芯片、单片机和光电耦合模组，所述光电耦合模组由若干个PhotoMOS光电耦合器组成，光电耦合模组的输入端与所述单片机的信号输出端电连接与接收单片机输出的步进电机控制信号，所述电机驱动芯片的信号接收端与光电耦合模组的输出端电连接以接收步进电机控制信号，且所述电机驱动芯片的驱动输出端与所述步进电机电连接以驱动所述步进电机运行。

根据上述方案的进一步优化，信号输出端包括三个信号输出端口，所述光电耦合模组的PhotoMOS光电耦合器对应所述信号输出端设有三个，分别为第一光电耦合器OC1、第二光电耦合器OC2和第三光电耦合器OC3，所述信号接收端对应每个信号输出端口设有一信号接收端口，每个PhotoMOS光电耦合器发的输入端分别与其中一信号输出端口电连接形成信号输入电路，其输出端与对应的信号接收端口电连接形成信号输出电路。还包括限流电阻，所述限流电阻R1串接于电源与光电耦合器的输入端之间以调节所述信号输入电路的电流大小。

进一步的，所述PhotoMOS光电耦合器的第一引脚与电源电连接，其第二引脚与信号输出端口电连接形成所述信号输入电路；所述PhotoMOS光电耦合器的第三引脚、信号接收端口均与电源电连接，且其第四引脚接地以形成所述信号输出电路，所述信号输入电路通过控制所述PhotoMOS光电耦合器输入端的导通/截止以触发其输出端向信号接收端口输出信号。

为启动或停止电机驱动芯片的驱动工作，所述信号输出端包括开关信号输出端口EN，所述信号接收端包括开关信号接收端口，所述开关信号输出端口EN向开关信号接收端口输出启动或停止信号，以触发电机驱动芯片开始/停止工作。具体地，开关信号输出端口EN通过输出低电平信号是发光二极管截止以触发场效应管向信号接收端口输出高电平信号，电机驱动芯片开始工作。

为实现对步进电机方向的控制，所述信号输出端包括方向信号输出端口DIR，所述信号接收端包括方向信号接收端口，所述方向信号输出端口DIR向方向信号接收端口输出正向或反向信号，以触发电机驱动芯片驱动步进电机正向或反向转动。进一步的，方向信号输出端口输出低电平信号使发光二极管导通并触发场效应管输出高电平信号，电机驱动芯片接收高电平信号并向步进电机输出反向脉冲电流；或，方向信号输出端口输出高电平信号使发光二极管导通并触发场效应管输出低电平信号，电机驱动芯片接收高电平信号并向步进电机输出正向脉冲电流。

为实现对步进电机速度的控制，所述信号输出端包括速度信号输出端口PWM，所述信号接收端包括速度信号接收端口，所述速度信号输出端口PWM通过输出PWM波信号控制发光二极管的导通频率向电机驱动芯片发送速度信号。

为防止电机温度过高而损坏，所述单片机包括异常信号接收端口IN1，所述电机驱动芯片包括温度检测单元和异常信号输出端口IN1，所述光电耦合模组对应所述异常信号接收端口IN1设有一PhotoMOS光电耦合器OC4，所述异常信号输出端口与所述PhotoMOS光电耦合器OC4的输入端电连接以输出温度异常信号，所述异常信号接收端口与所述PhotoMOS光电耦合器OC4的输出端电连接以接收温度异常信号。具体的，当步进电机驱动芯片通过温度检测单元检测到步进电机的温度过高，则通过异常信号输出端口输出高电平信号，PhotoMOS光电耦合器OC4的输入端导通，并触发其输出端输出低电平信号，单片机通过接受到的低电平信号确认步进电机温度异常。

为实现对步进电机的驱动，所述驱动输出端包括A相驱动输出端口和B相驱动输出端口，所述步进电机包括A相端口、B相端口，所述A相驱动输出端口与步进电机的A相端口电连接形成A相驱动电路，所述B相驱动输出端口与步进电机的B相端口电连接形成B相驱动电路，所述电机驱动芯片通过A相驱动电路和B相驱动电路控制电机运行。

优选的，上述光电耦合器为AQY212G2S型芯片，单片机属于STM32F429系列，电机驱动芯片为drv8825芯片，步进电机为两相四线步进电机。

电机驱动芯片的具体电路连接方案为：电机驱动芯片的STEP端口、nENBL端口和DIR端口分别与第一光电耦合器OC1、第二光电耦合器OC2和第三光电耦合器OC3一一对应地电连接，所述AOUT1端口、AOUT2端口对应地与电机的A+接口、A-接口电连接以形成所述A相驱动电路，所述BOUT3端口和BOUT4端口对应地与电机的B+接口、B-接口电连接以形成所述B相驱动电路。CP1接口、CP2接口之间串联第三电容C3；VCP接口、VMA接口、VMB接口、电源滤波电路、第五电容C5、第六电容C6并联地连接24V电源，其中，电源滤波电路由第一电容C1、第二电容C2并联组成，电源滤波电路、第五电容C5、第六电容C6的另一端接地；AVREF接口、BVREF接口、V3P3OUT接口和GND接口均接地；电源、第五电阻R5、发光二极管、nHOME接口依次串联；MODE1接口、MODE2接口和MODE0接口并联地与连接电源，且并联电路的输入端与电源之间串接有第六电阻R6；nFAULT、nRESET并联地连接电源，且并联电路的输入端与电源之间串接第七电阻R7。

与现有技术相比，本实用新型的步进电机驱动系统的单片机通过PhotoMOS光电耦合器向电机驱动芯片输出控制信号以控制电机驱动芯片驱动步进电机运行，其利用PhotoMOS无机械触点的特性将系统的信号输入端与信号输出端相隔离，从而有效提高了系统的响应速度和抗电磁波干扰能力，以此提升的步进电机的性能和稳定性。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (9)

1.一种基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：包括步进电机、电机驱动芯片、单片机和光电耦合模组，所述光电耦合模组由若干个PhotoMOS光电耦合器组成，所述单片机的信号输出端与光电耦合模组的输入端电连接以输出步进电机控制信号，所述电机驱动芯片的信号接收端与光电耦合模组的输出端电连接以接收步进电机控制信号，且所述电机驱动芯片的驱动输出端与所述步进电机电连接以驱动所述步进电机运行。

2.根据权利要求1所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述信号输出端包括三个信号输出端口，所述光电耦合模组的PhotoMOS光电耦合器对应所述信号输出端设有三个，所述信号接收端对应每个信号输出端口设有一信号接收端口，每个PhotoMOS光电耦合器的输入端分别与其中一信号输出端口电连接形成信号输入电路，其输出端与对应的信号接收端口电连接形成信号输出电路。

3.根据权利要求2所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述PhotoMOS光电耦合器的第一引脚与电源电连接，其第二引脚与信号输出端口电连接形成所述信号输入电路；所述PhotoMOS光电耦合器的第三引脚、信号接收端口均与电源电连接，且其第四引脚接地以形成所述信号输出电路，所述信号输入电路通过控制所述PhotoMOS光电耦合器输入端的导通/截止以触发其输出端向信号接收端口输出信号。

4.根据权利要求3所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述信号输出端包括开关信号输出端口，所述信号接收端包括开关信号接收端口，所述开关信号输出端口向开关信号接收端口输出启动或停止信号，以触发电机驱动芯片开始/停止工作。

5.根据权利要求3所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述信号输出端包括方向信号输出端口，所述信号接收端包括方向信号接收端口，所述方向信号输出端口向方向信号接收端口输出正向或反向信号，以触发电机驱动芯片驱动步进电机正向或反向转动。

6.根据权利要求3所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述信号输出端包括速度信号输出端口，所述速度信号输出端口通过输出PWM波信号控制PhotoMOS光电耦合器输入端的导通频率以向电机驱动芯片发送速度信号。

7.根据权利要求3所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述单片机包括异常信号接收端口，所述电机驱动芯片包括温度检测单元和异常信号输出端口，所述光电耦合模组对应所述异常信号接收端口设有一PhotoMOS光电耦合器，所述异常信号输出端口与所述PhotoMOS光电耦合器的输入端电连接以输出温度异常信号，所述异常信号接收端口与所述PhotoMOS光电耦合器的输出端电连接以接收温度异常信号。

8.根据权利要求1所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述驱动输出端包括A相驱动输出端口和B相驱动输出端口，所述步进电机包括A相端口、B相端口，所述A相驱动输出端口与步进电机的A相端口电连接形成A相驱动电路，所述B相驱动输出端口与步进电机的B相端口电连接形成B相驱动电路，所述电机驱动芯片通过A相驱动电路和B相驱动电路控制电机运行。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于PhotoMOS的步进电机驱动系统，其特征在于：所述光电耦合器为AQY212G2S型芯片，所述单片机属于STM32F429系列，所述电机驱动芯片为drv8825芯片，所述步进电机为两相四线步进电机。