發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，旨在提供一種可以按照需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠避免浪涌電流，保護(hù)驅(qū)動(dòng)線圈不被損壞的隔離型恒流源驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以現(xiàn)實(shí)：從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器輸出的四相控制方波信號(hào)，通過四相驅(qū)動(dòng)單元導(dǎo)通恒流源模塊，輸出的恒流電流通過步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)公共端，經(jīng)四相驅(qū)動(dòng)單元開關(guān)控制接通到模擬地AGND，從AGND進(jìn)入恒流檢測(cè)單元的分壓電阻R50，再回到恒流源模塊輸出負(fù)端構(gòu)成恒流驅(qū)動(dòng)回路；恒流檢測(cè)單元分壓后產(chǎn)生一個(gè)與采樣電壓進(jìn)行比較的參考電壓值，采樣電壓大于參考電壓時(shí)輸出低電平，改變恒流源輸出電流強(qiáng)度，恒流源模塊中的光耦隔離控制單元光藕隔離恒流源輸出，將輸出電壓限制在安全值范圍。
【專利說明】發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，尤其是具有采用隔離、恒流、限壓等手段，通過步進(jìn)電機(jī)控制航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量的驅(qū)動(dòng)器模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有單一電壓型、單電壓恒流斬波型和高低壓電源切換型等。單一電壓型和單電壓恒流斬波型這2種驅(qū)動(dòng)方式都存在一定的缺陷，在應(yīng)用中有一定的局限性。單一電壓型驅(qū)動(dòng)只有一種電壓，線路簡(jiǎn)單，功率元件少，成本低.但這種方式存在的最大缺陷是在限流電阻上消耗的電能太多，因此單一電壓型驅(qū)動(dòng)電路中的限流電阻的增大受到了限制。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高和電子控制技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)已由原來的機(jī)械液壓式發(fā)展到現(xiàn)在的電子模擬式，先進(jìn)的數(shù)字式控制系統(tǒng)也正在研發(fā)使用中。
[0003]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或稱脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種將離散的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移(或直線位移)的執(zhí)行元件。它具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)。但其步矩角較大，一般為1.5?3°，往往滿足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。其突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起、停，正、反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制。步進(jìn)電機(jī)由于受到其本身結(jié)構(gòu)的限制，步矩角不可能做得很小。因而在運(yùn)行時(shí)存在著走一步停一下的步進(jìn)振動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩明顯波動(dòng)，在低頻區(qū)工作時(shí)，有共振。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩和功率隨速度增大而不斷變化，所以保持轉(zhuǎn)矩是衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。雖然保持轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩很難確定，往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。階越(突然)起動(dòng)時(shí)(一般由低速)時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只考慮摩擦負(fù)載。運(yùn)行溫度過高會(huì)發(fā)生退磁現(xiàn)象導(dǎo)致力矩下降和失步。驅(qū)動(dòng)放大器包括邏輯解釋模塊和電流放大模塊。驅(qū)動(dòng)放大器接受步進(jìn)脈沖，方向信號(hào)等輸入，輸出兩組(或幾組)受控電流到電機(jī)的兩個(gè)(或幾個(gè))繞組。邏輯解釋模塊根據(jù)用戶上位機(jī)發(fā)來的步進(jìn)脈沖、方向信號(hào)以及脫機(jī)信號(hào)等，使得各線圈(繞組)電流輪流切換，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)子步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作方式只有兩種，即整步工作和半步工作，步距角是由電機(jī)結(jié)構(gòu)確定的。當(dāng)基本步距角不能滿足要求時(shí)，需要進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動(dòng)。即每次輸入脈沖切換時(shí)，不將電流全通或全斷，而只改變相應(yīng)繞組電流的一部分，從而轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)動(dòng)基本步距角的一部分。細(xì)分功能由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生，與電機(jī)無關(guān)。細(xì)分后，輸出電流變化相對(duì)平穩(wěn)，一定程度上提高輸出轉(zhuǎn)矩，減弱電機(jī)的低頻振蕩，提高步距精度。具體的改善程度視細(xì)分程度和驅(qū)動(dòng)電路的質(zhì)量而定。
[0004]電流放大模塊將邏輯信號(hào)放大成工作電流。較為常用的是由場(chǎng)效應(yīng)管組成的H橋電路。場(chǎng)效應(yīng)管可以是一種電子開關(guān)，就像電燈開關(guān)。使用這種通斷型開關(guān)來調(diào)整電流的常用方式是斬波恒流。恒流就是恒定電流。斬波就是將高出需要電流波砍掉。例如往一個(gè)漏水的杯子里加水，如加水速度大于漏水速度，就要停停加加，以免溢出。場(chǎng)效應(yīng)管開通時(shí)，電流上升。當(dāng)電流剛超過設(shè)定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷，電流被砍，掉下來。掉到低于設(shè)定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管再次打開，電流又上升。反復(fù)開關(guān)加上電機(jī)線圈電感作用，電流就保持在設(shè)定值了。需要指出的是，有些驅(qū)動(dòng)放大器發(fā)熱量(不是溫度)很大，有些很小。主要原因是多數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)阻都在幾百毫歐姆。驅(qū)動(dòng)器的表面溫度與發(fā)熱量和散熱面積相關(guān)。
[0005]采用步進(jìn)電機(jī)控制航空燃油流量具有準(zhǔn)確度高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，然而步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需要足夠的電壓或電流強(qiáng)度，同時(shí)需要驅(qū)動(dòng)電路具有安全可靠和故障檢查等功能。一般驅(qū)動(dòng)電路少有將工作電源與驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電氣隔離，更少對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓、電流強(qiáng)度和功率進(jìn)行適當(dāng)限制，驅(qū)動(dòng)線路少有相應(yīng)的故障檢查點(diǎn)，這些不能完全滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性要求。由于恒流源模塊要求輸出電流恒定，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)開路時(shí)恒流源輸出電壓很高，恒流源模塊輸出功率可能超過極限值，長(zhǎng)時(shí)間工作就會(huì)造成恒流源模塊損壞，由于恒流源模塊要求輸出電流恒定，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)開路時(shí)恒流源輸出電壓很高，若不進(jìn)行限制就會(huì)造成恒流源模塊輸出級(jí)器件損壞。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)線圈阻抗過大時(shí)，恒流源模塊輸出電壓高、功率大，恒流源模塊長(zhǎng)時(shí)間工作就會(huì)造成模塊工作溫度急劇上升而造成損壞。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)線圈阻抗過大時(shí)，恒流源模塊輸出電壓高、功率大，恒流源模塊長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)造成模塊工作溫度急劇上升而損壞，為了保護(hù)恒流源模塊就必須進(jìn)行輸出功率限制。航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器主要驅(qū)動(dòng)對(duì)象是控制燃油流量的步進(jìn)電機(jī)，其工作模式復(fù)雜多變，容易形成電流浪涌和尖峰電壓，為了適應(yīng)不同阻抗的步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)線路，避免因驅(qū)動(dòng)電壓不足、驅(qū)動(dòng)線路短路和步進(jìn)電機(jī)故障而造成事故，采用恒流源驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)是最佳設(shè)計(jì)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)是提供一種可以按照需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，能滿足不同工作場(chǎng)合，可有效避免驅(qū)動(dòng)過程產(chǎn)生浪涌電流、尖峰電壓，保護(hù)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線圈不被損壞的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)隔離型恒流源驅(qū)動(dòng)模塊。
[0007]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，包括:電連接步進(jìn)電機(jī)輸入端的恒流源模塊、電連接步進(jìn)電機(jī)輸出端的四相驅(qū)動(dòng)單元和電連接在四相驅(qū)動(dòng)單元兩端的恒流檢測(cè)單元，其特征在于:從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器CPU輸出的步進(jìn)電機(jī)四相控制方波信號(hào)，通過四相驅(qū)動(dòng)單元導(dǎo)通恒流源模塊，恒流源模塊采用隔離式恒流源電路輸出的恒流電流，通過步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)公共端，經(jīng)四相驅(qū)動(dòng)單元開關(guān)控制接通到模擬地AGND，從AGND進(jìn)入恒流檢測(cè)單元的分壓電阻R50，再回到恒流源模塊輸出負(fù)端構(gòu)成恒流驅(qū)動(dòng)回路；恒流檢測(cè)單元分壓后產(chǎn)生一個(gè)與采樣電壓進(jìn)行比較的參考電壓值，采樣電壓大于參考電壓時(shí)輸出低電平，改變恒流源輸出電流強(qiáng)度，比較輸出電壓后供CPU檢測(cè)，通過恒流源模塊中的光耦隔離控制單元光藕隔離控制恒流源輸出，將輸出電壓限制在一個(gè)安全值范圍。
[0008]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0009]具有最高輸出電壓限制功能。本發(fā)明恒流源模塊采用隔離式恒流源電路輸出恒流電流，通過恒流源模塊中的光耦隔離控制單元光藕隔離控制恒流源輸出。通過光藕隔離控制將輸出電壓限制在一個(gè)安全值范圍，確保了恒流源模塊工作安全可靠。[0010]恒流電流值可以按照需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，能滿足不同工作場(chǎng)合。本發(fā)明采用隔離型恒流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，可以有效避免驅(qū)動(dòng)過程產(chǎn)生的浪涌電流、尖峰電壓，保護(hù)了步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線圈不被損壞。由于步進(jìn)電機(jī)采用恒流驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)線路上的電壓降可以忽略不計(jì)，只要電流值是合乎要求，線路上的分布電容和分布電感不會(huì)造成驅(qū)動(dòng)線圈電壓有較大波動(dòng)，驅(qū)動(dòng)線圈兩端的驅(qū)動(dòng)電壓就足夠步進(jìn)電機(jī)安全可靠工作。
[0011]本發(fā)明恒流源驅(qū)動(dòng)模塊通過開關(guān)功率管Ql的S極串聯(lián)電阻R26檢測(cè)電流強(qiáng)度，然后通過R7限流和C12濾波后送給脈寬調(diào)制芯片U4的3腳，U4檢測(cè)到R26電壓過高就降低驅(qū)動(dòng)Ql脈沖占空比，將恒流源模塊輸出功率降低，因而具有最大輸出功率限制功能。
[0012]發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器的CPU發(fā)送控制信號(hào)到電阻R23，經(jīng)過光藕U3隔離和Q2放大后到脈寬調(diào)制芯片U4的11腳，這樣就可以關(guān)斷恒流源模塊輸出。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器CPU輸入高電平控制信號(hào)時(shí)，恒流源模塊能關(guān)斷輸出，輸入低電平時(shí)恒流源模塊工作正常，這樣就使得恒流源模塊工作受程序控制，使用靈活性較高。
[0013]恒流源電流經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)和四相驅(qū)動(dòng)電路后到恒流檢測(cè)單元電阻R50，經(jīng)過R50回到恒流源輸出負(fù)端，R50上的電壓經(jīng)過UlOA比較放大和Qll驅(qū)動(dòng)后到發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器CPU檢測(cè)電路，這樣恒流源驅(qū)動(dòng)模塊具有恒流輸出環(huán)路檢測(cè)功能。通過恒流輸出環(huán)路檢測(cè)功能，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器就能及時(shí)了解恒流源模塊是否工作正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，確保飛行安全。
[0014]本發(fā)明采用模塊化隔離式恒流源電路，該電路輸入電壓范圍是12?50V，輸出電流強(qiáng)度為500±50mA，輸出電壓限制在60V以下，這些指標(biāo)可以修改電路器件參數(shù)進(jìn)行拓展。該恒流源電路獨(dú)立構(gòu)成一個(gè)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，電路采用單面陶基板布線，用固定膠粘合在鍍銀鋁合金底板上，通過底板與機(jī)殼連通進(jìn)行散熱，由此該隔離式恒流源模塊散熱性能良好。
[0015]恒流源模塊輸出電壓經(jīng)過電阻R12和R22分壓到U1B，該分壓值經(jīng)過UlB和穩(wěn)壓管D6分壓得到的參考電壓比較后輸出到U2隔離光藕，U2輸出經(jīng)過R13到脈寬調(diào)制芯片U4的14腳控制輸出到驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ql的脈寬，因而本發(fā)明恒流源模塊具有最高輸出電壓限制功能。當(dāng)電壓過高時(shí)UlB輸出低電平，經(jīng)過光藕U2后U4的14腳的電壓過高，這樣脈寬調(diào)制器就降低到Ql驅(qū)動(dòng)脈寬，這樣恒流源輸出電壓就被限制在一個(gè)安全值范圍以內(nèi)確保恒流源模塊工作安全可靠。由此當(dāng)恒流源輸出后級(jí)斷路或阻抗過高時(shí)恒流源為確保恒流輸出電壓就會(huì)過高，限制輸出電壓在規(guī)定值，可以保證恒流輸出后級(jí)不會(huì)由于電壓過高而損壞。
[0016]本發(fā)明脈寬調(diào)制單元采用VISHAY公司生產(chǎn)的功能完善、性能優(yōu)異的控制芯片SI9110，該芯片輸入電壓范圍寬，芯片能自我產(chǎn)生工作電源和參考電壓，不需要額外提供工作電源。外圍所需元器件較少，輸出控制簡(jiǎn)單可靠，為減少變壓器體積，提高變換能流密度，脈寬調(diào)制器工作頻率設(shè)置較高。
[0017]本發(fā)明恒流源模塊是可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整修改的，通過人為修改電阻R18改變UlA采樣電壓，或者修改電阻R1、R5改變UlA參考電壓都能改變恒流源模塊輸出電流強(qiáng)度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過選用不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管D6，修改電阻R20、R21改變UlB參考電壓，或者修改電阻R12、R22分壓電阻，即可改變UlB取樣電壓，都能改變恒流源模塊輸出限壓值。調(diào)整脈寬調(diào)試單元的開關(guān)管Q1、限流電阻R26和隔離變壓器Tl等器件參數(shù)可以改變恒流源最大輸出功率，因而發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)可以廣泛應(yīng)用于不同場(chǎng)合。[0018]本發(fā)明與傳統(tǒng)的電阻限流和線性恒流驅(qū)動(dòng)方式相比，可以顯著提高電機(jī)繞組的電流上升率和步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能，降低驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱，提高效率，減少驅(qū)動(dòng)器的體積。電源模塊采用散熱性能優(yōu)異的雙面陶基板布線，并用膠粘劑粘合在鍍銀鋁合金底板上，然后通過固定螺釘將底板與機(jī)殼連通，恒流源模塊產(chǎn)生的熱量能及時(shí)通過底板和機(jī)殼進(jìn)行散熱，經(jīng)實(shí)測(cè)，證明恒流源模塊在這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件下工作穩(wěn)定可靠。發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊顯著提高了驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓適用范圍，增強(qiáng)了電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的低、高頻性能和起動(dòng)性能有了明顯的提高，該驅(qū)動(dòng)方法具有較高的驅(qū)動(dòng)效率、較大的輸出功率和較高的驅(qū)動(dòng)頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020]圖1本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊電路原理框圖。
[0021]圖2是圖1恒流源模塊電路原理框圖。
[0022]圖3是圖2恒流源模塊電路原理示意圖。
[0023]圖4是圖1恒流檢測(cè)單元電路原理示意圖。
[0024]圖5是圖1四相驅(qū)動(dòng)|旲塊電路原理不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參閱圖1。在以下描述的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊包括:步進(jìn)電機(jī)恒流源模塊、步進(jìn)電機(jī)四相驅(qū)動(dòng)單元和步進(jìn)電機(jī)恒流檢測(cè)單元。從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器CPU輸出的步進(jìn)電機(jī)四相控制方波信號(hào)，通過四相驅(qū)動(dòng)單元導(dǎo)通恒流源模塊，恒流源模塊采用隔離式恒流源電路輸出的恒流電流，通過步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)公共端，經(jīng)四相驅(qū)動(dòng)單元開關(guān)控制接通到模擬地AGND，從AGND進(jìn)入恒流檢測(cè)單元的分壓電阻R50，再回到恒流源模塊輸出負(fù)端構(gòu)成恒流驅(qū)動(dòng)回路；恒流檢測(cè)單元分壓后產(chǎn)生一個(gè)與采樣電壓進(jìn)行比較的參考電壓值，米樣電壓大于參考電壓時(shí)輸出低電平，改變恒流源輸出電流強(qiáng)度，比較輸出電壓后供CPU檢測(cè)，通過恒流源模塊中的光耦隔離控制單元光藕隔離控制恒流源輸出，將輸出電壓限制在一個(gè)安全值范圍。
[0026]參閱圖2。恒流源模塊包括:5V基準(zhǔn)電壓輸入端并聯(lián)回路上并聯(lián)的恒流控制單元、限壓控制單元、光藕隔離控制單元、輸出關(guān)閉控制單元、脈寬調(diào)制單元、隔離變壓器和輸出整流濾波單元，其中，藕隔離控制單元和輸出關(guān)閉控制單元通過脈寬調(diào)制單元依次串聯(lián)隔離變壓器和輸出整流濾波單元。
[0027]參閱圖3。在恒流源模塊中，恒流控制單元包括:恒流源模塊恒流輸出負(fù)端串聯(lián)電阻R18，電阻RlO和電容C3構(gòu)成的濾波回路串聯(lián)的阻抗匹配電阻R11、5V電壓輸入端與接地端上分別串聯(lián)的電阻R1、R5和濾波電容Cl，以及跨接在比較放大器UlA兩端之間的電容C2和電阻R2構(gòu)成的負(fù)反饋電路。恒流輸出負(fù)端電流通過電阻R18產(chǎn)生的壓降電壓，經(jīng)電阻RlO和電容C3構(gòu)成的濾波回路和阻抗匹配電阻Rll后，送到恒流控制單元比較放大器UlA的負(fù)端；同時(shí)+5V電壓通過電阻R1、R5分壓和電容Cl濾波后產(chǎn)生一個(gè)參考電壓值到UlA正端進(jìn)行比較，當(dāng)UlA的采樣電壓大于參考電壓時(shí)，UlA輸出低電平，由電容C2和電阻R2構(gòu)成負(fù)反饋電路反饋至UlA負(fù)端抑制干擾，減少輸出紋波，可以確保UlA工作穩(wěn)定可靠。通過人為修改電阻R18改變UlA采樣電壓，或者修改電阻Rl、R5改變UlA參考電壓都能改變恒流源模塊輸出電流強(qiáng)度。
[0028]限壓控制單元包括:串聯(lián)在恒流源模塊恒流輸出正端與接地端之間的電阻R12、R22和跨接在比較放大器UlB兩端之間電容C8和R3構(gòu)成的負(fù)反饋電路，以及經(jīng)電阻R20、R21串聯(lián)接點(diǎn)及其兩端接點(diǎn)并聯(lián)的穩(wěn)壓管D6、濾波電容C4和電阻R21構(gòu)成的并聯(lián)回路。恒流源模塊恒流輸出正端輸出的電流經(jīng)R12、R22分壓得到采樣電壓，經(jīng)電容C8和R3構(gòu)成負(fù)反饋電路電容CS濾波后，通過電阻R4到比較放大器輸入負(fù)端。+9V直流電源經(jīng)電容C4濾波后分別通過限流電阻R19和穩(wěn)壓管D6輸出穩(wěn)壓電壓，電阻R20、R21分壓得到的參考電壓被送人比較放大器UlB比較放大，由電容CS和R3構(gòu)成負(fù)反饋電路反饋至UlB的負(fù)端，當(dāng)恒流源輸出采樣電壓大于參考電壓時(shí)UlB輸出低電平，抑制干擾，減少輸出紋波，可以確保UlB工作穩(wěn)定可靠。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過選用不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管D6，修改電阻R20、R21改變UlB參考電壓，或者修改電阻R12、R22分壓電阻，即可改變UlB取樣電壓，都能改變恒流源模塊輸出限壓值。
[0029]光耦隔離控制單元包括:分別串聯(lián)在恒流控制單元和限壓控制單元輸出端之間的二極管Dl、D2，以及二極管Dl、D2接點(diǎn)和9V電源限流電阻R9相連的脈寬調(diào)制器U4和U4輸出端相連的電阻R13、接地電阻R6、電源濾波電容C9組成的并聯(lián)回路。恒流控制單元和限壓控制單元分別通過各自輸出端相連的二極管D1、D2，共端匯接于隔離光耦器U2的輸入負(fù)端，+9V電壓經(jīng)過限流電阻R9到隔離光耦器U2正端，經(jīng)光耦輸出正端引入脈寬調(diào)制器U4的電壓輸出引腳6，將電壓從該引腳6分為兩路；一路經(jīng)電源濾波電容C9濾波和28V接地電阻R6光耦反饋至U2光耦輸出負(fù)端，另一路通過電阻R13光耦反饋至脈寬調(diào)制器U4的反饋輸入端14腳，通過脈寬調(diào)制器U4控制恒流源的輸出。上述光耦隔離控制單元還可以采用光耦隔離控制繼電器或光耦隔離控制可控硅。
[0030]關(guān)閉控制單元包括:電連接在隔離光耦器U3輸入端的關(guān)閉控制輸入電阻R23，連接在隔離光耦器U3與脈寬調(diào)制器U4輸出引腳6之間的電阻R24，通過U3輸出端并聯(lián)在三極管Q2上的28V接地電阻R8。隔離光耦器U3輸入負(fù)端直接接地AGND。來自發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器CPU輸出的關(guān)閉控制信號(hào)，通過隔離光耦器U3輸入端的關(guān)閉控制輸入電阻R23送入隔離光耦器U3輸入正端，經(jīng)光耦輸出正端上相連的電阻R24將電壓輸出到脈寬調(diào)制器U4的引腳6，同時(shí)將電壓通過光耦輸出負(fù)端直接輸入到三極管Q2的基極和與發(fā)射極并聯(lián)的28V接地電阻R8，再通過三極管Q2集電極C輸入到脈寬調(diào)制器U4的輸出11腳，通過脈寬調(diào)制器U4控制并關(guān)閉恒流源的輸出。
[0031]脈寬調(diào)制單元包括:電連接在脈寬調(diào)制器U4輸入端引腳上的電容C11、接地電阻R16、濾波電容C13、電阻R25，電容ClO和電阻R15構(gòu)成的反饋補(bǔ)償電路，還包括通過電阻R17相連的開關(guān)管Ql和串聯(lián)在脈寬調(diào)制器U4與開關(guān)管Ql之間，由電阻R7、濾波電容C12和接地電阻R26組成的并聯(lián)回路。脈寬調(diào)制器U4可以采用電流型脈寬調(diào)制芯片，也可以采用VISHAY公司的SI9110脈寬調(diào)制型控制芯片。該芯片具有工作電壓范圍寬，最高工作電壓為120V，工作時(shí)外圍器件少，大量試驗(yàn)證明采用該芯片工作穩(wěn)定，控制簡(jiǎn)單可靠。脈寬調(diào)制單元可以采用單端正激DC/DC變換電路。
[0032]U4的引腳I為偏置電流引腳，引腳2是輸入電壓正端，引腳3為電流檢測(cè)輸入端，引腳4為脈寬調(diào)制輸出端，引腳5是輸入電壓負(fù)端；引腳6是芯片自身產(chǎn)生的工作電源輸出引腳，能自己產(chǎn)生+9V左右的工作電壓提供給外圍電路，引腳7和引腳8是芯片工作頻率輸入輸出端，外接不同阻值可以改變芯片工作頻率，引腳9是放電引腳；引腳10為4V基準(zhǔn)電壓輸出引腳，引腳11為關(guān)斷輸入引腳，引腳12為復(fù)位引腳，一般該引腳懸空；引腳13為反饋補(bǔ)償引腳，引腳14為控制反饋輸入引腳，
脈寬調(diào)制芯片通過電阻R16設(shè)置芯片偏置電流大小，電容Cll給基準(zhǔn)電壓濾波，電阻R25設(shè)定脈寬調(diào)制芯片工作頻率。電容ClO和電阻R15構(gòu)成反饋補(bǔ)償電路。U4的14引腳為控制反饋輸入電壓，當(dāng)其電壓低于4V時(shí)，脈寬調(diào)制器將加大輸出脈寬，當(dāng)其電壓高于4V時(shí)，脈寬調(diào)制器將減小輸出脈寬。開關(guān)管Ql的S極輸出電流經(jīng)電阻R26接地產(chǎn)生壓降，該壓降經(jīng)過電阻R7限流和濾波電容C12濾波后輸入到U4的3腳，當(dāng)其電壓超過IV時(shí)，U4降低輸出到Ql驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈寬，從而降低輸出電壓，減少輸出功耗，由此調(diào)整電阻R26就可以簡(jiǎn)單有效調(diào)制輸出功率。
[0033]隔離變壓器和輸出整流濾波單元包括:電感L1、電容C5、C6和二極管D4并聯(lián)構(gòu)成的濾波電路，以及隔離變壓器Tl輸出經(jīng)過高頻快恢復(fù)二極管D4、D5，通過濾波電感T2和濾波電容C7進(jìn)行儲(chǔ)能的濾波電路。直流28V電壓經(jīng)過電感LI和電容C5、C6構(gòu)成的濾波電路后進(jìn)入隔離變壓器Tl，變壓器初級(jí)繞組經(jīng)開關(guān)管Ql高頻斬波，將電磁耦合輸出能量輸入到變壓器次級(jí)繞組輸出端并聯(lián)的高頻快恢復(fù)二極管D4、D5，通過濾波電感T2進(jìn)行儲(chǔ)能濾波，并經(jīng)隔離變壓器Tl輸出負(fù)端與濾波電感T2輸出端之間并聯(lián)的電流采樣電阻和濾波電容C7輸出恒定電流。濾波電容C7可以選用封裝尺寸和容量較大、耐用值較高、高頻濾波效果好的無極性瓷片電容。隔離變壓器Tl和濾波電感T2可以采用漏磁較少的罐形鐵氧體制作，以減少漏磁和輸出紋波，降低電磁輻射。
[0034]圖4所示發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)的恒流源驅(qū)動(dòng)檢測(cè)原理為:恒流源電流經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)到步進(jìn)電機(jī)四相驅(qū)動(dòng)單元，經(jīng)過四相驅(qū)動(dòng)單元到AGND地，電流從AGND地經(jīng)過電阻R50回到恒流源模塊輸出負(fù)端。
[0035]步進(jìn)電機(jī)工作的恒流檢測(cè)單元包括:電連接在步進(jìn)電機(jī)四相驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管S極AGND地與500mAGND地之間的電阻R50、并聯(lián)在電阻R50兩端的電阻R51、R52、跨接在比較放大器UlOA兩端的電阻R54及并聯(lián)回路電阻R55、電容C31，以及通過電阻R56、R57并聯(lián)的三極管QlI。
[0036]UlOA正端經(jīng)電阻R52直接接地，UlOA正端輸入電壓為OV ；5V電壓通過電阻R53，經(jīng)電阻R51、R50分壓到地AGND，通過電阻R54和UlOA比較電路的負(fù)反饋器件R55、C31送入U(xiǎn)10A，并經(jīng)電阻R56、R57輸入三極管Q11，這樣就可以確保電路工作穩(wěn)定可靠，不會(huì)發(fā)生輸出抖動(dòng)。當(dāng)R50沒有電流經(jīng)過時(shí)，5V電壓經(jīng)過電阻R53、R51、R50分壓輸入到UlOA負(fù)端，當(dāng)電壓高于OV時(shí)UlOA輸出低電平，三極管Qll通過電阻R56、R57得到的電壓小于OV，該三極管截止，輸出500mA不接地的正常信號(hào)；當(dāng)電阻R50有較大電流通過，電流經(jīng)過電阻R50在恒流源模塊輸出負(fù)端產(chǎn)生的電壓小于0V，該電壓與5V電壓經(jīng)過電阻R53、R51、R50分壓的電壓疊加后輸入到UlOA輸入負(fù)端的電壓仍然小于0V，UlOA輸出高電平，三極管QlI則通過電阻R56、R57得到足以讓Qll導(dǎo)通的電壓，輸出500mA正常信號(hào)接地信號(hào)。
[0037]發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流檢測(cè)單元恒流源驅(qū)動(dòng)檢測(cè)原理為:恒流源電流經(jīng)步進(jìn)電機(jī)相連的步進(jìn)電機(jī)四相驅(qū)動(dòng)單元AGND地，電流從AGND地經(jīng)過電阻R50回到恒流源模塊輸出負(fù)端。[0038]參閱圖5。隔離變壓器和輸出整流濾波單元包括:電感L1、電容C5、C6和二極管D4并聯(lián)構(gòu)成的濾波電路，以及隔離變壓器Tl輸出經(jīng)過高頻快恢復(fù)二極管D4、D5，通過濾波電感T2和濾波電容C7進(jìn)行儲(chǔ)能的濾波電路。直流28V電壓經(jīng)過電感LI和電容C5、C6構(gòu)成的濾波電路后進(jìn)入隔離變壓器Tl，變壓器初級(jí)繞組經(jīng)開關(guān)管Ql高頻斬波，將電磁耦合輸出能量輸入到變壓器次級(jí)繞組輸出端并聯(lián)的高頻快恢復(fù)二極管D4、D5，通過濾波電感T2進(jìn)行儲(chǔ)能濾波，并經(jīng)隔離變壓器Tl輸出負(fù)端與濾波電感T2輸出端之間并聯(lián)的電流采樣電阻和濾波電容C7輸出恒定電流。濾波電容C7可以選用封裝尺寸和容量較大、耐用值較高、高頻濾波效果好的無極性瓷片電容。隔離變壓器Tl和濾波電感T2可以采用漏磁較少的罐形鐵氧體制作，以減少漏磁和輸出紋波，降低電磁輻射。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，包括:電連接步進(jìn)電機(jī)輸入端的恒流源模塊、電連接步進(jìn)電機(jī)輸出端的四相驅(qū)動(dòng)單元和電連接在四相驅(qū)動(dòng)單元兩端的恒流檢測(cè)單元，其特征在于:從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器CPU輸出的步進(jìn)電機(jī)四相控制方波信號(hào)，通過四相驅(qū)動(dòng)單元導(dǎo)通恒流源模塊，恒流源模塊采用隔離式恒流源電路輸出的恒流電流，通過步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)公共端，經(jīng)四相驅(qū)動(dòng)單元開關(guān)控制接通到模擬地AGND，從AGND進(jìn)入恒流檢測(cè)單元的分壓電阻R50，再回到恒流源模塊輸出負(fù)端構(gòu)成恒流驅(qū)動(dòng)回路；恒流檢測(cè)單元分壓后產(chǎn)生一個(gè)與米樣電壓進(jìn)行比較的參考電壓值，米樣電壓大于參考電壓時(shí)輸出低電平，改變恒流源輸出電流強(qiáng)度，比較輸出電壓后供CPU檢測(cè)，通過恒流源模塊中的光耦隔離控制單元光藕隔離控制恒流源輸出，將輸出電壓限制在一個(gè)安全值范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:恒流源模塊包括:5V基準(zhǔn)電壓輸入端并聯(lián)回路上并聯(lián)的恒流控制單元、限壓控制單元、光藕隔離控制單元、輸出關(guān)閉控制單元、脈寬調(diào)制單元、隔離變壓器和輸出整流濾波單元，其中，藕隔離控制單元和輸出關(guān)閉控制單元通過脈寬調(diào)制單元依次串聯(lián)隔離變壓器和輸出整流濾波單元。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:恒流控制單元包括:恒流源模塊恒流輸出負(fù)端串聯(lián)電阻R18，電阻RlO和電容C3構(gòu)成的濾波回路，濾波回路串聯(lián)的阻抗匹配電阻R11、5V電壓輸入端與接地端上分別串聯(lián)的電阻Rl、R5和濾波電容Cl，以及跨接在比較放大器UlA兩端之間的電容C2和電阻R2構(gòu)成的負(fù)反饋電路；恒流輸出負(fù)端電流通過電阻R18產(chǎn)生的壓降電壓，經(jīng)電阻RlO和電容C3構(gòu)成的濾波回路和阻抗匹配電阻Rll后，送到恒流控制單元比較放大器UlA的負(fù)端。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:+5V電壓通過電阻R1、R5分壓和電容Cl濾波后產(chǎn)生一個(gè)參考電壓值到UlA正端進(jìn)行比較，當(dāng)UlA的采樣電壓大于參考電壓時(shí)，UlA輸出低電平，由電容C2和電阻R2構(gòu)成負(fù)反饋電路反饋至UlA負(fù)端抑制干擾，減少輸出 紋波。
5.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:限壓控制單元包括:串聯(lián)在恒流源模塊恒流輸出正端與接地端之間的電阻R12、R22和跨接在比較放大器UlB兩端之間電容C8和R3構(gòu)成的負(fù)反饋電路，以及經(jīng)電阻R20、R21串聯(lián)接點(diǎn)及其兩端接點(diǎn)并聯(lián)的穩(wěn)壓管D6、濾波電容C4和電阻R21構(gòu)成的并聯(lián)回路。
6.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:恒流控制單元和限壓控制單元分別通過各自輸出端相連的二極管D1、D2，共端匯接于隔離光耦器U2的輸入負(fù)端，+9V電壓經(jīng)過限流電阻R9到隔離光耦器U2正端，經(jīng)光耦輸出正端引入脈寬調(diào)制器U4的電壓輸出引腳6，將電壓從該引腳6分為兩路；一路經(jīng)電源濾波電容C9濾波和28V接地電阻R6光耦反饋至U2光耦輸出負(fù)端，另一路通過電阻R13光耦反饋至脈寬調(diào)制器U4的反饋輸入端14腳，通過脈寬調(diào)制器U4控制恒流源的輸出。
7.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:關(guān)閉控制單元包括:電連接在隔離光耦器U3輸入端的關(guān)閉控制輸入電阻R23，連接在隔離光耦器U3與脈寬調(diào)制器U4輸出引腳6之間的電阻R24，通過U3輸出端并聯(lián)在三極管Q2上的28V接地電阻R8。
8.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:隔離變壓器和輸出整流濾波單元包括:電感L1、電容C5、C6和二極管D4并聯(lián)構(gòu)成的濾波電路，以及隔離變壓器Tl輸出經(jīng)過高頻快恢復(fù)二極管D4、D5，通過濾波電感T2和濾波電容C7進(jìn)行儲(chǔ)能的濾波電路；直流28V電壓經(jīng)過電感LI和電容C5、C6構(gòu)成的濾波電路后進(jìn)入隔離變壓器Tl，變壓器初級(jí)繞組經(jīng)開關(guān)管Ql高頻斬波，將電磁耦合輸出能量輸入到變壓器次級(jí)繞組輸出端并聯(lián)的高頻快恢復(fù)二極管D4、D5，通過濾波電感T2進(jìn)行儲(chǔ)能濾波，并經(jīng)隔離變壓器Tl輸出負(fù)端與濾波電感T2輸出端之間并聯(lián)的電流采樣電阻和濾波電容C7輸出恒定電流。
9.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:隔離變壓器和輸出整流濾波單元包括:電感L1、電容C5、C6和二極管D4并聯(lián)構(gòu)成的濾波電路，以及隔離變壓器Tl輸出經(jīng)過高頻快恢復(fù)二極管D4、D5，通過濾波電感T2和濾波電容C7進(jìn)行儲(chǔ)能的濾波電路。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)恒流源驅(qū)動(dòng)模塊，其特征在于:恒流檢測(cè)單元包括:電連接在步進(jìn)電機(jī)四相驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管S極AGND地與500mAGND地之間的電阻R50、并聯(lián)在電阻R50兩端的電阻R51、R52、跨接在比較放大器UlOA兩端的電阻R54及并聯(lián)回路電阻R55、電容C31，以及通過電阻R56、R57并聯(lián)的三極管Q11。
【文檔編號(hào)】G05F1/46GK104022697SQ201410263953
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】李飆, 許會(huì)元, 蔣勇, 劉洪
申請(qǐng)人:四川亞美動(dòng)力技術(shù)有限公司