1、步进电机驱动器步进电机驱动器的关键技巧琢磨步进电机驱动器步进电机驱动器的关键技巧琢磨.步进电机驱动器的关键技巧琢磨日期:2008-11-12起源:单片机与嵌入式系统利用作者:广东工业大学董晓庆黄杰贤张顺扬字体:大中小引言步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的厉行机构。其重要优点是有较高的定位精度，无位置储藏偏差;特有的开环运行机制，与闭环扼制系统相比减退了系统成本，长进了可靠性，在数控领土获得了普遍的利用。然而，步进电机在低速运行时的振动、噪声大，在步进电机的慷慨振荡频率接近运行时易发生共振，且输出转矩随着步进电机的转速递升而降落，这些缺点局限了步进电机的利用范围。步进电机的功能在很大程度上
2、取决于所用的驱动器，改进驱动器的功能，能够显明地长进步进电机的功能，因而研制高功能的步进电机驱动器是一项普遍关怀的课题。1步进电机驱动扼制系统概述通常情形下，步进电机驱动系统由3局部构成:扼制电路。用于发生脉冲，扼制电机的速度和转向。驱动电路。即本文的琢磨内容，由图1所示的脉冲信号分配和功率驱动电路构成。依据扼制器输入的脉冲和方向信号，为步进电机各绕组供给准确的通电次序，以及电机必需的高电压、大电流;同时供给各种防御措施，例如过流、过热等。步进电机。扼制信号经驱动器放大后驱动步进电机，带动负载。2步进电机驱动措施的比拟2.1恒电压驱动措施2.1.1单电压驱动单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，
3、只用一个方向电压对绕组供电。如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。当输入信号In为高电平时，供给足够大的基极电流使三极管T处于饱和事态，若疏忽其饱和压降，则电源电压全副作用在电机绕组上。当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。为使通电时绕组电流迅速到达预设电流，串入电阻Rc;为遏止关断T时绕组电流改变率太大，而发生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流供给一个泄放回路，也称“续流回路“。单电压功率驱动电路的优点是电路构造容易、元件少、成本低、可靠性高。然而由于串入电阻后，功耗加大，全副功率驱动电路的效率较低，仅合乎于驱动小功率步进电机。2.1.2高低压
4、驱动为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率，揭示了高低压驱动措施。如图3所示，Th、T1离别为高压管和低压管，Vh、V1离别为高低压电源，Ih、I1离别为高低端的脉冲信号。在导通前沿用高电压供电来长进电流的前沿递升率，而在前沿过后用低电压来坚持绕组的电流。高低压驱动可获得较好的高频个性，然而由于高压管的导通工夫不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，轻率引起振荡。可穿越改换其高压管导通工夫来处理低频振荡问题，然而其扼制电路较单电压混杂，可靠性减退，一旦高压管失控，将会因电流太大摧毁电机。2.2恒电流斩波驱动措施2.2.1自激式恒电流斩波驱动图4为自激
5、式恒电流斩波驱动框图。把步进电机绕组电流值改换为定然比例的电压，与D/A转换器输出的预设值举行比拟，扼制功率管的开关，从而到达扼制绕组相电流的目标。从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动能够将电机绕组的电流扼制在某一恒定值。但由于斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的浪涌电压，因而对扼制电路发生很大的扰乱，轻率发生振荡，可靠性大大减退。2.2.2它激式恒电流斩波驱动为打听决自激式斩波频率可变引起的浪涌电压问题，可在D引发器加一个安宁频率的时钟。这么大约上能处理振荡问题，但依旧存在一些问题。例如:当比拟器输出的导通脉冲刚好介于D引发器的2个时钟递升沿之间时，该扼制信号将失落，等闲可穿越加大D引发器时钟频
6、率处理。2.3细分驱动措施这是本文谈论的关键，也是该系统批准的驱动措施。细分驱动最重要的优点是步距角变小，判别率长进，且长进了电机的定位精度、启用功能和高频输出转矩;其次，冲淡或肃清了步进电机的低频振动，减退了步进电机在共振区工作的几率。能够说细分驱动技巧是步进电动机驱动与扼制技巧的一个飞跃。细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全副电流通入或切除，而是只改换相应绕组中电流的一局部，电动机的融合磁势也只回旋步距角的一局部。细分驱动时，绕组电流不是一个方波而是阶梯波，额定电流是台阶式的投放或切除。例如:电流分成n个台阶，转子则必需n次才转过一个步距角，即n细分，如图5所示。等闲的细分措施只改
7、换某一相的电流，另一相电流坚持不变。如图5所示，在O45，Ia坚持不变，Ib由O逐级变大;在4590，Ib坚持不变，Ia由额定值逐级变为0。该措施的优点是扼制较为容易，在硬件上轻率告终;但由图6所示的电流矢量融合图可知，所融合的矢量幅值是不时改变的，输出力矩也跟着不时改变，从而引起滞后角的不时改变。当细分数很大、微步距角极其小时，滞后角改变的差值已大于所要求细分的微步距角，使得细分切实上错过了含义。这即便现在常用的细分措施的缺点，那么有未曾一种措施让矢量角度改变时同时坚持幅值不变呢?由上面分析可知，只改换单一相电流是不可能的，那么同时改换两相电流呢?即Ia、Ib以某一数学联系同时改变，保证改变
8、过程中融合矢量幅值始终不变。基于此，本文发生一种“额定电流可调的等角度恒力矩细分“驱动措施，以肃清力距不时改变引起滞后角的问题。如图7所示，随着A、B两相相电流Ia、Ib的融合矢量角度不时改变，其幅值始终为圆的半径。下面推荐融合矢量幅值坚持不变的数学模型:当Ia=Imcosx，Ib=Imsinx时(式中Im为电流额定值，Ia、Ib为切实的相电流，x由细分数定夺)，其融合矢量始终为圆的半径，即恒力距。等角度是指融合的力臂每次回旋的角度一样。额定电流可调是指可中意各种系列电机的要求。例如，86系列电机的额定电流为68A，而57系列电机等闲不超过6A，驱动器有各种档位电流可供抉择。细分为对额定电流的
9、细分。为告终“额定电流可调的等角度恒力距“，理论上凡是各相相电流能够中意以上的数学模型即可。这即将求电流扼制精度极其高，否则Ia、Ib所融合的矢量角将揭示偏差，即各步步距角不等，细分也错过了含义。下面给出了基于该驱动措施的驱动器的设计计划。3二相步进电机驱动器的大局设计计划3.1系统设计框图如图8所示，扼制板信号穿越光耦隔绝与单片机间断口相连。单片机依据收到的脉冲信号举行脉冲信号分配，确定各相通电次序，并与CPLD里面的D引发器相连;同时依据用户设定的电流值和细分数穿越SPI口与D/A转换器AD5623通信，获得设定的电流值(切实上是电流对应的电压值)。AD5623输出的值为渴望的电流对应的电
10、压值，它定然与从功率模块检测获得的电流对应的电压值举行比拟，并把比拟收获与CPLD里面的D引发器CLR引脚相连。CPLD与电流、细分设定的拨码开关相连，把获得的值穿越SPI口传给单片机;以D引发器为中心的扼制逻辑，依据单片机的各相通电次序和比拟器MAX907的比拟收获确定各功率管的开关。功率驱动模块直接与电机相连，驱动电机。批准8个MOS管IRF740构成2个H桥双极型驱动电路。IRF740最高可承受400V电压和10A电流，开关转换工夫不会超过51ns，管子导通电压Vgs的取值范围为420V。3.2细分关键技巧计划“额定电流可调的等角度恒力矩细分“驱动措施的性质是恒流扼制，关键是电流的准确扼
11、制，定然同时中意以下各个条件:D/A转换器输出的电流值定然与渴望值相当接近，而且转换速度要快。该系统批准ADI公司的AD5623，12位精度，分成4096个等级，中意了200细分的高精度要求;2路D/A输出中意两相的要求;SPI口通信，频率高达50MHz，发生工夫快，同时单电压供电，连接容易。检测到的电流定然能准确地反映此刻的相电流。由于电机的相电流等闲很大，电压很高，检测有定然的难度。常用的检测措施有外接规范小电阻，电路容易，但扰乱比拟大，准确性比拟差;霍尔传感器检测准确，扰乱小，连接也不混杂，因而该驱动器批准霍尔传感器。比拟器判别率要高，转换速度快。MAX907的发生工夫只需12ns，比拟
12、的电压凡是相差2mV即可检测出来(最大不超过4mV)，反响极其敏锐。扼制功率管开关的逻辑电路要有很高的实时性，保证相电流在设定电流上下做很小的波动，以免引起浪涌，扰乱扼制电路。本文批准Xilinx公司的CPLD芯片XC9572。以D引发器为中心的扼制电路全副由CPLD告终，CPLD轮换了各种分立元器件，构造容易，连接得体。图9是扼制电路的逻辑图。如图9所示，当比拟收获为低电平时(检测到的电流大于设定电流)，D引发器输出为1，或门输出高电平，关断管子，电流变小;当检测到电流小于设定电流时，管子导通，从而保证相电流在设定电流上下做很小的波动。结语本文发生了“额定电流可调的等角度恒力矩细分“驱动措施，并基于该措施设计告终了二相混杂式步进电机驱动器，最高可达200细分，驱动电流从O.5A/相到8A/相可调，可驱动24系列到86系列的步进电机。切实利用验证，该措施大约上征服了传统步进电机低速振动大和噪声大的缺点，电机在较大速度范围内转矩坚持恒定，长进了扼制精度，减小了发生共振的几率，具有很好的安宁性、可靠性和通用性，且构造容易。新的担心和处理之道范文-论消息系统项目标大局管教.个性提取的措施.
