專利名稱：一種步進電機控制驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種步進電機控制驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在廣泛采用的步進電機驅(qū)動控制方法存在輸出力矩大，但功耗高的缺點；還有 的驅(qū)動控制方法的驅(qū)動性能高，但電路及控制軟件復(fù)雜，造成整體可靠性能降低；為同時滿 足可靠性和大的輸出力矩、低功耗的要求，需要研制一種步進電機驅(qū)動控制電路。反應(yīng)式 步進電機自身無自鎖力矩，所以在轉(zhuǎn)動過程和靜止過程中都需要在繞組兩端施加一定的電 流，維持一定的力矩。尤其是靜止過程中，繞組電流全部轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)，對電源及驅(qū)動電 路的散熱有較高的要求。如果步進電機采用電池供電，則步進電機靜止時不但消耗能量，還 影響系統(tǒng)的散熱和使用壽命。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的是提供一種步進電機控制驅(qū)動電路，其解決了現(xiàn)有步進電機功耗 高的技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)解決方案一種步進電機控制驅(qū)動電路，其特殊之處在于其包括隔離電路2、低壓控制電路4、高壓控制電路3、微分電路5、高壓驅(qū)動電路6、 低壓驅(qū)動及鎖緊電路7;所述隔離電路2包括光電耦合器D2 ；所述光電耦合器D2的輸入信號高端接信號 電源VCC，其輸入信號低端接控制脈沖信號，其輸出高端接低壓控制電路4，其輸出低端接 高壓控制電路3 ；所述低壓控制電路4包括第三三極管V4 ；所述第三三極管V4的基極接光電耦合 器D2的輸出高端，其發(fā)射極接高壓電源VH，其集電極接低壓驅(qū)動及鎖定電路的輸入端；所述高壓控制電路3包括第一三極管V5、第二三極管V6 ；所述第一三極管V5的基 極接光電耦合器D2的輸出低端，其集電極接高壓電源VH，其發(fā)射極接驅(qū)動電源地；所述第 二三極管V6的基極接第一三極管V5的集電極，其集電極接高壓電源VH，其發(fā)射極接驅(qū)動電 源地；所述微分電路5包括微分電容C3*、充電電阻R10、第一二極管V7;所述微分電容 C3*的一端接第二三極管V6的集電極，其另一端接第一二極管V7的正端，所述第一二極管 V7的負(fù)端接高壓驅(qū)動電路6的輸入端；所述充電電阻R10的一端接第一二極管V7的正端， 其另一端接驅(qū)動電源地；所述高壓驅(qū)動電路6包括第四三極管V8、PM0S管VI和力矩匹配電阻R1 ；所述第 四三極管V8的基極接第一二極管的負(fù)端，其集電極接PM0S管VI的柵極，其發(fā)射極接驅(qū)動 電源地；所述PM0S管VI的源極接高壓電源VH，其漏極通過力矩匹配電阻R1接低壓驅(qū)動及 鎖緊電路；
3[0012]所述低壓驅(qū)動及鎖定電路7包括驅(qū)動三極管V2、肖特基二極管V3 ；所述驅(qū)動三極 管V2的基極接第三三極管V4的集電極，其集電極通過力矩匹配電阻R1接PM0S管VI的漏 極，其發(fā)射極接步進電機繞組L ；所述肖特基二極管V3的正端接低壓電源VL，其負(fù)端接驅(qū)動 三極管V2的集電極。上述控制驅(qū)動電路包括整形濾波電路1，所述整形濾波電路1包括施密特觸發(fā)反 相器D1和端口保護電阻R2，所述施密特觸發(fā)反相器D1的輸入端接控制脈沖信號，其輸出 端接光電耦合器D2的輸入信號低端；所述端口保護電阻R2的一端接施密特觸發(fā)反相器D1 的輸入端，其另一端接地。上述控制驅(qū)動電路包括與步進電機繞組L并聯(lián)的保護電路8 ；所述保護電路8包 括第二二極管V9和加速釋放電阻&。上述第三三極管V4為PNP管；所述驅(qū)動三極管為達(dá)林頓管。本實用新型所具有的有益效果1、本實用新型電路與控制器的脈沖控制電路組合成完整的步進電機控制系統(tǒng)，對 控制器軟件要求低。2、電機運轉(zhuǎn)時采用高壓實現(xiàn)大輸出力矩要求，靜態(tài)鎖緊時采用低壓，實現(xiàn)低功耗 大力矩鎖緊，微分電路實現(xiàn)了驅(qū)動高電壓和驅(qū)動低電壓的無縫切換，驅(qū)動力矩大，可維持力 矩平衡；對電源及驅(qū)動電路的散熱要求降低。3、可靠性高，適用于對可靠性要求高的反應(yīng)式步進電機自動控制系統(tǒng)。4、本實用新型也適用于對鎖緊力矩有較大要求的混合式步進電機的驅(qū)動控制。

圖1為本實用新型超速保護電路電路的原理框圖圖；圖2為本實用新型超速保護電路電路的電路示意圖；圖3為本實用新型控制信號、低壓控制電路輸出信號、微分電路輸出信號以及電 機繞組電壓的對應(yīng)關(guān)系圖。
具體實施方式
本實用新型步進電機控制驅(qū)動電路，包括整形濾波電路1、隔離電路2、低壓控制 電路4、高壓控制電路3、微分電路5、高壓驅(qū)動電路6、低壓驅(qū)動及鎖緊電路7、保護電路8 ； 整形濾波電路1包括施密特觸發(fā)反相器D1和端口保護電阻R2，施密特觸發(fā)反相器D1的輸 入端接控制脈沖信號，其輸出端接光電耦合器D2的輸入信號低端；端口保護電阻R2的一端 接施密特觸發(fā)反相器D1的輸入端，其另一端接地；隔離電路2包括光電耦合器D2;光電耦 合器D2的輸入信號高端接信號電源VCC ；低壓控制電路4包括第三三極管V4 ；第三三極管 V4的基極接光電耦合器D2的輸出高端，其發(fā)射極接高壓電源VH ；第三三極管V4具體可選 擇PNP管；高壓控制電路3包括第一三極管V5、第二三極管V6 ；第一三極管V5的基極接光 電耦合器D2的輸出低端，其集電極接高壓電源VH，其發(fā)射極接驅(qū)動電源地；第二三極管V6 的基極接第一三極管V5的集電極，其集電極接高壓電源VH，其發(fā)射極接驅(qū)動電源地；微分 電路5包括微分電容C3*、充電電阻R10、第一二極管V7 ；微分電容C3*的一端接第二三極 管V6的集電極，其另一端接第一二極管V7的正端，充電電阻R10的一端接第一二極管V7的正端，其另一端接驅(qū)動電源地；高壓驅(qū)動電路6包括第四三極管V8、PM0S管VI和力矩匹 配電阻R1 ；第四三極管V8的基極接第一二極管V7的負(fù)端，其集電極接PM0S管VI的柵極， 其發(fā)射極接驅(qū)動電源地；PM0S管VI的源極接高壓電源VH ；低壓驅(qū)動及鎖定電路7包括驅(qū)動 三極管V2、肖特基二極管V3 ；驅(qū)動三極管V2的基極接第三三極管V4的集電極，其集電極通 過力矩匹配電阻R1接PM0S管VI的漏極，其發(fā)射極接步進電機繞組L ；肖特基二極管V3的 正端接低壓電源VL，其負(fù)端接驅(qū)動三極管V2的集電極；驅(qū)動三極管V2還可選擇達(dá)林頓管； 保護電路8與步進電機繞組L并聯(lián)，包括第二二極管V9和加速釋放電阻&。本實用新型工作原理脈沖控制電路產(chǎn)生的脈沖控制信號經(jīng)隔離電路變換，同時 產(chǎn)生兩路控制信號，其中低壓控制信號與控制脈沖信號同步，控制步進電機繞組工作；高壓 控制信號控制微分電路工作，微分電路用于產(chǎn)生精確的定時脈沖，其輸出信號與控制脈沖 同步但脈沖寬度不同，此高壓控制信號控制高壓驅(qū)動電路的P溝道M0S管的通斷。當(dāng)脈沖控 制信號有效時，隔離輸出的高壓控制信號和低壓控制信號均有效，此時電機繞組高壓工作， 電機電流瞬間建立，保證電機輸出力矩大；當(dāng)電機繞組電流達(dá)到設(shè)定的要求時，微分控制電 路輸出信號置低，高壓驅(qū)動電路截止，同時低壓驅(qū)動及鎖定電路自動連接至電機繞組工作， 維持電機繞組電流，此時電路的功耗僅為驅(qū)動三極管V2的功耗。當(dāng)調(diào)整微分電路參數(shù)或者 步進電機工作頻率使輸入信號脈沖寬度小于微分電路充放電時間時，微分電路在電機運轉(zhuǎn) 過程中不起作用，電機為高壓運轉(zhuǎn)控制狀態(tài)，如圖3中的d、e、f波形；當(dāng)電機處于靜態(tài)鎖定 狀態(tài)時自動切換為低電壓鎖緊狀態(tài)，為低功耗狀態(tài)。根據(jù)電機輸出力矩要求，可對微分電路參數(shù)進行調(diào)整，以改變電機驅(qū)動的高低壓 驅(qū)動狀態(tài)，當(dāng)步進電機工作頻率較高，使控制脈沖脈寬小于微分電路控制時間時，微分電路 使低壓驅(qū)動在電機運轉(zhuǎn)過程中不起作用；當(dāng)電機停止運轉(zhuǎn)時，微分電路控制電機為低壓鎖 緊的低功耗狀態(tài)。當(dāng)微分電路控制時間低于電機控制信號脈寬時，電機繞組工作瞬間為高 壓驅(qū)動，保證很快達(dá)到輸出力矩所需驅(qū)動電流，當(dāng)電流達(dá)到力矩要求時，驅(qū)動電壓轉(zhuǎn)換為低 壓驅(qū)動，維持驅(qū)動電流達(dá)到力矩要求，如圖3中a、b波形。本實用新型工作過程電機運轉(zhuǎn)控制信號為脈沖信號，高電平有效，信號頻率依電機運轉(zhuǎn)速率要求確定?？刂菩盘柦?jīng)施密特觸發(fā)反相器后變?yōu)榈碗娖?，同時施密特觸發(fā)反相器對信號進行 整形濾波，此時光耦輸出端導(dǎo)通，則第三三極管V4導(dǎo)通，即低壓控制信號為高(有效狀態(tài))， 控制驅(qū)動三極管V2導(dǎo)通；光耦的導(dǎo)通同時使第一三極管V5導(dǎo)通，第一三極管V5的集電極 為低電位，使第二三極管V6截止，微分電路中的電容C3*開始充電，微分控制信號為高電 平，微分控制信號(有效狀態(tài))經(jīng)第一二極管V7后，輸出至第四三極管V8，第四三極管V8 導(dǎo)通時，高壓控制電路工作，PM0S管VI導(dǎo)通，此時高壓、低壓控制信號均有效，肖特基二極 管V3對低壓進行截止，電機繞組L通高電壓。隨著光耦D2的導(dǎo)通，微分電路輸出信號逐 漸降低，當(dāng)?shù)陀诘谝欢O管V7的導(dǎo)通電壓時，微分控制信號為低電位，第四三極管V8截止， PM0S管VI截止，高壓控制電路不工作，低壓通過肖特基二極管V3連接到電機繞組L，維持 電機繞組電流，此時電路功耗僅為肖特基二極管V3、第三三極管V4的功耗，肖特基二極管 V3自身功耗很低。控制信號(L)為低電平時，經(jīng)施密特觸發(fā)反相器后變?yōu)楦唠娖?，此時光耦輸出端 截止，第三三極管V4、第一三極管V5均不導(dǎo)通導(dǎo)通，微分電路電容C3*放電，驅(qū)動三極管V2、PM0S管VI均不導(dǎo)通，電機繞組不通電。 根據(jù)電機驅(qū)動缸電流，可選擇PM0S管VI、驅(qū)動三極管V2，使驅(qū)動電流在0. 5 10A 間設(shè)置。當(dāng)驅(qū)動電流要求較大時，驅(qū)動三極管V2應(yīng)選擇達(dá)林頓管，并保證其工作在飽和導(dǎo) 通狀態(tài)。
權(quán)利要求一種步進電機控制驅(qū)動電路，其特征在于其包括隔離電路(2)、低壓控制電路(4)、高壓控制電路(3)、微分電路(5)、高壓驅(qū)動電路(6)、低壓驅(qū)動及鎖緊電路(7)；所述隔離電路(2)包括光電耦合器(D2)；所述光電耦合器(D2)的輸入信號高端接信號電源(VCC)，其輸入信號低端接控制脈沖信號，其輸出高端接低壓控制電路(4)，其輸出低端接高壓控制電路(3)；所述低壓控制電路(4)包括第三三極管(V4)；所述第三三極管(V4)的基極接光電耦合器(D2)的輸出高端，其發(fā)射極接高壓電源(VH)，其集電極接低壓驅(qū)動及鎖定電路的輸入端；所述高壓控制電路(3)包括第一三極管(V5)、第二三極管(V6)；所述第一三極管(V5)的基極接光電耦合器(D2)的輸出低端，其集電極接高壓電源(VH)，其發(fā)射極接驅(qū)動電源地；所述第二三極管(V6)的基極接第一三極管(V5)的集電極，其集電極接高壓電源(VH)，其發(fā)射極接驅(qū)動電源地；所述微分電路(5)包括微分電容(C3*)、充電電阻(R10)、第一二極管(V7)；所述微分電容(C3*)的一端接第二三極管(V6)的集電極，其另一端接第一二極管(V7)的正端，所述第一二極管(V7)的負(fù)端接高壓驅(qū)動電路(6)的輸入端；所述充電電阻(R10)的一端接第一二極管(V7)的正端，其另一端接驅(qū)動電源地；所述高壓驅(qū)動電路(6)包括第四三極管(V8)、PMOS管(V1)和力矩匹配電阻(R1)；所述第四三極管(V8)的基極接第一二極管的負(fù)端，其集電極接PMOS管(V1)的柵極，其發(fā)射極接驅(qū)動電源地；所述PMOS管(V1)的源極接高壓電源(VH)，其漏極通過力矩匹配電阻(R1)接低壓驅(qū)動及鎖緊電路；所述低壓驅(qū)動及鎖定電路(7)包括驅(qū)動三極管(V2)、肖特基二極管(V3)；所述驅(qū)動三極管(V2)的基極接第三三極管(V4)的集電極，其集電極通過力矩匹配電阻(R)1接PMOS管(V1)的漏極，其發(fā)射極接步進電機繞組(L)；所述肖特基二極管(V3)的正端接低壓電源(VL)，其負(fù)端接驅(qū)動三極管(V2)的集電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機控制驅(qū)動電路，其特征在于所述控制驅(qū)動電路包 括整形濾波電路(1)，所述整形濾波電路(1)包括施密特觸發(fā)反相器(D1)和端口保護電阻 (R2)，所述施密特觸發(fā)反相器(D1)的輸入端接控制脈沖信號，其輸出端接光電耦合器(D2) 的輸入信號低端；所述端口保護電阻(R2)的一端接施密特觸發(fā)反相器(D1)的輸入端，其另 一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的步進電機控制驅(qū)動電路，其特征在于所述控制驅(qū)動電 路包括與步進電機繞組(L)并聯(lián)的保護電路(8)；所述保護電路(8)包括第二二極管(V9) 和加速釋放電阻(RJ。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步進電機控制驅(qū)動電路，其特征在于所述第三三極管(V4) 為PNP管；所述驅(qū)動三極管為達(dá)林頓管。
專利摘要本實用新型涉及一種步進電機控制驅(qū)動電路，其包括隔離電路(2)、低壓控制電路(4)、高壓控制電路(3)、微分電路(5)、高壓驅(qū)動電路(6)、低壓驅(qū)動及鎖緊電路(7)；本實用新型解決了現(xiàn)有步進電機功耗高的技術(shù)問題，本實用新型具有對控制器軟件要求低、低功耗、驅(qū)動力矩大，可維持力矩平衡；對電源及驅(qū)動電路的散熱要求降低、可靠性高的優(yōu)點。
文檔編號H02P8/12GK201601645SQ200920245980
公開日2010年10月6日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者劉軍 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所