CN2562495Y - 超小型十细分两相步进电机驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超小型十细分两相步进电机驱动器，解决了步进电机的高速运行问题，包括依次相连的脉冲/方向发生电路(1)，脉冲/方向计数电路超小型十细分两相步进电机驱动电路(2)，相位发生电路(3)，双H桥驱动电路(9)，还包括有恒流斩波控制电路，恒流斩波控制电路由半流电路(5)，三角波发生电路(6)，脉宽调制信号发生电路(7)和十细分正/余弦基准波发生电路组成，所述的十细分正/余弦基准波发生电路包括有逻辑开关电路(4)和基准波电阻网络电路(10)，逻辑开关电路(4)的输出与基准波电阻网络电路(10)的输入相连，具有电机定位精确、运行平稳、电路体积小、成本低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种步进电机驱动器，尤其是指一种采用数字控制的超小型十细分两相步进电机驱动器。
背景技术
目前，市场上的细分型两相步进电机的驱动电路有三种形式。第一种是采用单片机对脉冲计数后，由单片机发出正/余弦基准波的D/A转换数据，送入D/A转换器，产生正/余弦基准波，然后正/余弦基准波再与电流采样信号比较，得到脉宽调制信号，该脉宽调制信号与由单片机发出的相位信号进行逻辑转换后，产生双H桥驱动电路的前级输入信号，驱动双H桥，控制步进电机。第二种是用EPROM代替单片机，用数字逻辑电路对输入脉冲计数，通过计数结果产生EPROM位置地址，选出相对应的正/余弦基准波的D/A转换数据，送入D/A转换器，产生正/余弦基准波，后一部分的电路与第一种形式一样。第三种是采用专用的独家IC。
第一种形式的控制电路缺点在于：由于单片机的运行速度有限，当脉冲速度很快时，电机电流控制不好，步进电机的高速运行可能失步；第二种形式的控制电路解决了第一种形式的缺点，但是辅助电路较多，成本较高；第三种形式的控制电路的成本更高，不便于推广。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高速运行平稳、电机定位精确的超小型十细分两相步进电机驱动器。
本实用新型实现上述目的的方案是：超小型十细分两相步进电机驱动器，包括依次相连的脉冲/方向发生电路1，脉冲/方向计数电路2，相位发生电路3，双H桥驱动电路9，还包括有与脉冲/方向计数电路2、相位发生电路3、双H桥驱动电路9相连接的恒流斩波控制电路。
恒流斩波控制电路由半流电路5、三角波发生电路6、脉宽调制信号发生电路7和十细分正/余弦基准波发生电路组成。
所述的十细分正/余弦基准波发生电路包括有逻辑开关电路4和基准波电阻网络电路10、逻辑开关电路4的输出与基准波电阻网络电路10的输入相连。
所述的基准波电阻网络电路10连接一个可调电阻，通过调节可调电阻改变十细分正/余弦基准波发生电路的直流偏压。
所述输出和脉冲/方向计数电路2采用二/十进制计数器实现脉冲计数。
相位发生电路3采用二/十进制计数器和异或电路实现相位信号。
脉宽调制信号发生电路7采用比较器电路和与电路以及异或电路实现脉宽调制信号输出。
采用以上方案的有益效果：由于采用数字逻辑电路对输入脉冲计数，解决了步进电机的高速运行问题；采用十细分驱动技术，较好地解决了电机精确定位问题；通过调节可调电阻改变十细分正/余弦基准波发生电路的直流偏压，整个电路构成一个控制环路，步进电机电流波形控制极好，不同电机都可以达到较为平稳的运行特性；同时最大程度的减少了电子元器件数量，极大地缩小了电路整体体积，减少了安装空间，而且大大的节约了成本。
附图说明
下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详述。
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的一实施例的电原理图。
见图1，所示超小型十细分两相步进电机驱动电路，包括依次相连的脉冲/方向发生电路1，脉冲/方向计数电路2，相位发生电路3，双H桥驱动电路9和恒流斩波控制电路，所述恒流斩波控制电路包括半流电路5，三角波发生电路6和脉宽调制信号发生电路7和十细分正/余弦基准波发生电路，所述脉冲/方向发生电路1的输出端接脉冲/方向计数电路2和相位发生电路3，脉冲/方向计数电路2的输出端接逻辑开关电路4和基准波电阻网络电路10，逻辑开关电路4和基准波电阻网络电路10的输出端和双H桥驱动电路9的输出端接脉宽调制信号发生电路7，脉宽调制信号发生电路7的输出端和相位发生电路3输出端的接双H桥驱动电路9，控制电源发生电路8与各电路相连接。
其中：外部输入的位置/转向控制信号经过脉冲/方向发生电路1后，产生隔离的脉冲/方向信号，提供给内部的驱动电路；外部接入的电机电流设定电阻可以设定电机电流范围1～7Amp；外部输入的使能信号可以关断电机驱动，使电机处于自由状态，方便位置调节；外部输入的电源通过滤波后一部分接双H桥驱动电路，为步进电机提供电源，一部分通过控制电源发生电路8产生+12V控制电压，为各环节提供供电电压，双H桥驱动电路直接接两相步进电机的两个绕组，对绕组进行驱动，构成本电路的输出信号。
整个电路的工作原理概述如下：外部输入的位置/转向控制信号经过脉冲/方向发生电路1后，产生隔离的脉冲/方向信号，该脉冲/方向信号通过相位发生电路3后产生相位信号，同时该脉冲/方向信号通过脉冲/方向计数电路2后，产生的计数结果控制逻辑开关电路4的逻辑开关，产生实时的十细分正/余弦基准波，将该基准波与双H桥驱动电路9的电流实时取样值送入脉宽调制信号发生电路7，产生斩波脉宽调制信号，再将该脉宽调制信号与相位信号送入双H桥驱动电路9，对绕组进行驱动。
一个具体的实施例如图2所示，图中名称相同的连接端相连，工作原理简述如下：
外部输入的电源通过电容C21，C22滤波后接到双H桥驱动电路MOS4～MOS7的D极，为步进电机提供供电电源。同时，滤波后的输入的电源电压通过控制电源发生电路8中的三端稳压器U13(TL783)产生VDD2为+16V，VDD2用于给十细分正/余弦基准波发生电路提供基准波供电电压。VDD2通过电阻R36接到U14(78L12)的输入端，由U14产生VDD为+12V，为各逻辑电路提供供电电压。同时，VDD通过限流电阻R38产生VDD1，为双H桥驱动电路9的驱动ICU9～U12(IR2104)提供供电电压。
外部输入的位置/转向控制信号经过脉冲/方向发生电路1中的光电耦合器U1(QTC2530)后，产生隔离的脉冲/方向信号，脉冲信号经由U4(CD40106)整形反向后，与方向信号一起用于后面的脉冲/方向计数电路2和相位发生电路3。在脉冲/方向发生电路1中，R5，R6为上拉电阻，C1用于电源滤波。
外部输入的使能信号DISABLE在悬空时为高电位，对双H桥驱动电路9中的驱动IC U9～U12不起作用。当信号接地时，可以关断U9～U12，使电机处于自由状态，方便位置调节。
OUTA，OUTB，OUTC，OUTD为驱动电路输出信号，直接接两相步进电机的两个绕组。
经过脉冲/方向发生电路1产生的脉冲/方向信号，送入脉冲/方向计数电路2中的十进制计数器U7(CD4029)的第15脚，作为计数时钟，每计10个脉冲U7的第7脚产生一个进位信号CARRY OUT，送入相位发生电路3，用于产生相位信号。U7的输出脚Pin6-Q1，Pin11-Q2，Pin14-Q3，Pin2-Q4通过传输电阻R65～R68送入十细分正/余弦基准波发生电路中的1～10解码器U8(CD4028)，通过选通O0～O9共10个通道，对电阻网络R45～R64拉地或置位，产生不同的电压分压，制造10个电压台阶，模拟出十细分正/余弦基准波REF1，REF2。通过调节可调电阻R42，可以改变REF1，REF2的直流偏压，使不同电机都可以达到最平稳的运行特性。
当有脉冲信号时，脉冲信号打开半流电路5中的MOS3，C5，C6对MOS3放电，MOS1，MOS2关闭，REF1，REF2保持不变；当没有脉冲信号时，R15对C5，C6充电，当电压充到MOS1，MOS2的导通阀值电压时，MOS1，MOS2开通，REF1，REF2对地并上电阻R13，R14，使REF1，REF2电压值减半，控制回路产生的驱动信号使电机电流减半。这种方式使得步进电机在待机状态时功耗减少，既延长了电机的使用寿命，又节约了电能。
经过脉冲/方向发生电路1产生的脉冲/方向信号，送入相位发生电路3中的2进制计数器U6(CD4029)的第15脚，作为时钟信号，而方向信号则送入第10脚，作为加/减计数信号。由于U7的第7脚产生的进位信号CARRY OUT送入了U6的第5脚CARRY IN，使U6的计数输出Pin6-Q1为每10个脉冲一个高电位，然后每10个脉冲一个低电位，如此循环。U6的计数输出Pin11-Q2则为每20个脉冲一个高电位，然后每20个脉冲一个低电位，如此循环。将Q2作为A相相位信号，Q2与Q1相异或后得到的信号作为B相相位信号。
在三角波发生电路6中，电阻R32通过D2对C14充电，C14上的电压送入U5(LM339)的第10脚，而经过电阻R27，R28，R29分压后的电压送入U5的第11脚。两个电压相比较，如果第11脚的电压大于第10脚的电压，则U5的第13脚输出高电位。该信号通过U4变为低电位后，不能开通Q5基极，于是R32通过D2继续对C14充电。当C14上的电压大于U5的第11脚的电压时，比较器翻转，U5的第13脚输出低电位。该信号通过U4变为高电位后，开通Q5基极，于是C14通过Q5放电。如此循环，U5的第13脚上就得到一个恒定频率的方波，而C14上就得到一个恒定频率的三角波。将该三角波通过C15，Q6以及R34/C17和R35/C16叠加到电机绕组电流反馈信号IS1，IS2上，以作恒流斩波用。
将电机绕组电流反馈信号IS1，IS2，以及十细分正/余弦基准波REF1，REF2分别送入脉宽调制信号发生电路7中的U5的第6，4，7，5脚作比较，由U5的第1，2脚输出脉宽调制信号波形，用于双H桥驱动电路的斩波驱动。
U5输出的脉宽调制信号波形，送入双H桥驱动电路9中。通过与U5第13脚输出的方波的反向信号(该信号通过U4反向)相与后，解出未叠加恒频三角波前的斩波脉宽调制信号，再与U6的Pin11-Q2输出的A相相位信号和U3的Pin10输出的B相相位信号相异或，得到两路双H桥斩波驱动信号。将该两路双H桥斩波驱动信号通过U4反向后，得到另外两路双H桥斩波驱动信号，共四路双H桥斩波驱动信号。其中，U3(CD4070)的第3脚输出送入U12的Pin2，驱动MOS7，MOS11；U3的第4脚输出送入U10的Pin2，驱动MOS5，MOS9；U4的第10脚输出送入U9的Pin2，驱动MOS4，MOS8；U4的第12脚输出送入U11的Pin2，驱动MOS6，MOS10。
在双H桥驱动电路9中，D5/C29，D6/C30，D7/C31，D8/C32分别用于U9～U12的高端电压提升。R74，R77为电流取样电阻。R73/C33，R76/C34用于对取样电阻上的电压作简单的RC滤波。
Claims (7)
1、超小型十细分两相步进电机驱动器，包括依次相连的脉冲/方向发生电路(1)、脉冲/方向计数电路(2)、相位发生电路(3)、双H桥驱动电路(9)，其特征是：还包括有与脉冲/方向计数电路(2)、相位发生电路(3)、双H桥驱动电路(9)相连接的恒流斩波控制电路。
2、根据权利要求1所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征在于：恒流斩波控制电路由半流电路(5)、三角波发生电路(6)、脉宽调制信号发生电路(7)和十细分正/余弦基准波发生电路组成。
3、根据权利要求2所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征在于：所述的十细分正/余弦基准波发生电路包括有逻辑开关电路(4)和基准波电阻网络电路(10)，逻辑开关电路(4)的输出与基准波电阻网络电路(10)的输入相连。
4、根据权利要求3所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是：所述的基准波电阻网络电路(10)连接一个可调电阻，通过调节可调电阻改变十细分正/余弦基准波发生电路的直流偏压。
5、根据权利要求1所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是：所述输出和脉冲/方向计数电路(2)采用二/十进制计数器实现脉冲计数。
6、根据权利要求1所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是：相位发生电路(3)采用二/十进制计数器和异或电路实现相位信号。
7、根据权利要求2所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是：脉宽调制信号发生电路(7)采用比较器电路和与电路以及异或电路实现脉宽调制信号输出。
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| CN102841084A (zh) * | 2012-10-07 | 2012-12-26 | 复旦大学 | 基于脉冲宽度调制的荧光检测与光到数字转换系统 |
| CN107276469A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-10-20 | 深圳怡化电脑股份有限公司 | 步进电机的驱动方法和驱动装置 |
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2002
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN LEADSHINE TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: LEISAI ELECTROMECHANICAL TECH. DEV. CO., LTD., SHENZHEN CITY Effective date: 20111014 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111014 Address after: 518053 Shenzhen city Nanshan District Nanyou Cheonan Industrial Zone Deng Liang road six building four unit B Patentee after: Shenzhen Leadshine Intelligent Control Co., Ltd. Address before: 518053 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Nanyou Avenue, building B, Guangdong 6D Patentee before: Shenzhen Leadshine Technology Co., Ltd. |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Expiration termination date: 20120708 Granted publication date: 20030723 |