專利名稱：電磁繞組的快速驅動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種為電磁繞組提供快速變化電流的驅動電路，例如用于對步進電機繞組和電磁鐵的驅動。
眾所周知，電磁繞組的自身電感特性總是反抗其內部電流的變化，而步進電機一類電磁繞組在工作時的電流又往往要求具有較大的電流變化率，這給驅動電路帶來了困難?，F有技術中的高頻開關電源型電流驅動電路是適用這一領域的較為理想的驅動形式，但存在一定問題。如美國專利“US-4574228”展示的電路，由于沒有給繞組電流在關斷時提供能量釋放回路，因而只可能工作于低速驅動狀態(tài);再如歐州專利“EP-0234614”的電路形式，需要由兩組電源向繞組回路供電，并且其中一組電源僅僅是用作吸收另一組提供的過剩能量而設置，這無疑增大了電路自身的損耗;又如歐州專利“EP-0059326”的H橋驅動電路則可以較為經濟地向繞組提供兩個方向快速交替變換的電流，但這種形式的電路僅適用于那些外部動作與內部電流方向相關的電磁繞組。
本發(fā)明是為克服現有技術中的不足而設計的一種高頻脈寬調制供電并采取快速回授方式釋放繞組能量的低損耗驅動電路。
本發(fā)明的工作原理是當外部“導通控制”信號作用于電壓比較器C的選通端，使開關器件S1開通，同時也作用于高頻脈寬調制器PWM，使開關器件S2開通，此時，電源E分別經過開關器件S1，電流取樣電阻R，電磁繞組L，和開關器件S2向回路提供能量，回路電流迅速上升;電阻R上的電流取樣信號經誤差放大器A與外部“幅值控制”信號比較放大后，作用于高頻脈寬調制器PWM，經調制后的脈沖占空比對S2的導通時間進行反饋調節(jié)，從而限定了繞組回路的能量供給;在調制脈沖關斷S2期間，利用自身電感特性做為貯能元件的繞組L中的電流將通過二極管D1，S1，R構成續(xù)流回路，從而保證了繞組電流在高頻脈沖作用下的延續(xù)性;由于上述調節(jié)過程是一負反饋過程，因而回路電流最終將穩(wěn)定于外部“幅值控制”信號所決定的量值。
當外部“關斷控制”信號作用于脈寬調制器PWM和比較器C的選通端時，開關器件S1、S2同步關斷，此刻繞組L中以電流形式貯存的能量將通過D1，E，二極管D2以及R構成的釋能回路釋放，由于電感釋能回路的電流流向與電源供電時極性相反，因而繞組L中的電流將獲得很大的下降速率，保證了釋能過程的迅速進行，同時大部分能量又回授給電源E，從而減小了回路能量損失。
電路在“導通控制”狀態(tài)下，外部“幅值控制”信號能夠對繞組電流幅度進行動態(tài)調節(jié)。當“幅值控制”信號增大，誤差放大器A使脈寬調制器PWM輸出的脈沖占空比相應增大，回路電流迅速上升;當“幅值控制”信號減小，電流隨之減小，但是，由于此時S1仍處于開通狀態(tài)，繞組L中的能量只能沿續(xù)流回路D1，S1，R緩慢釋放;如果外部“幅值控制”信號快速下變，并且其值小于通過分壓電阻r1，r2分壓后的電流取樣信號時，比較器C的輸出立即關斷開關器件S1，以保證在S2關斷期間給繞組電流提供快速釋能回路，使電流跟隨“幅值控制”信號經D1，E，D2，R而迅速改變。
本發(fā)明與現有技術相比有如下優(yōu)點1.該電路使繞組回路電流不但具有快速的上升速率，并且具有快速的下降速率，同時繞組電流可方便地通過“幅值控制”端進行動態(tài)調節(jié)。
2.電路由單電源向繞組回路供電，且繞組穩(wěn)態(tài)電流與電源幅值無關，從而降低了對供電電源波動的要求。
3.電路適用于外部動作與內部電流方向無關的電磁繞組。
4.由于電路在脈沖工作時的電流回授特性以及回路開關器件的開關工作狀態(tài)，加上小的回路內阻，因此，整個電路具有很低的功率損耗。
本發(fā)明附圖
的圖面說明如下圖一是本發(fā)明的原理示意圖。圖中C是電壓比較器，A是誤差放大器，PWM是脈沖寬度調制器，S1，S2是脈沖開關器件，D1，D2為開關二極管，L是電磁繞組，R是電流取樣電阻，r1，r2為電流取樣信號分壓電阻，E是供電電源。
圖二是本發(fā)明用于反應式步進電機單相驅動裝置實施例的電路原理圖。下面將結合圖二做進一步說明圖中電磁繞組的供電電源E選擇具有可充電特性的電源，如電池組或輸出設有濾波貯能電容的電壓源，此類電源在能量回授時可以減小能量損耗;圖中S1，S2使用適于大電流高速開關工作狀態(tài)的場效應半導體器件，如VWOS-F.E.T.器件;S1，S2的柵極激勵電路d1d2將提供陡峭的脈沖上下沿;二極管D1，D2也同樣要求有快速的開關特性;由于電路中S1，S2不在同一電位工作，故對S2的驅動采用脈沖變壓器或高速光電耦合器進行電平隔離，此耦合器O將受控于PWM的高速時鐘頻率下，通常約100KHZ，取樣電阻R值的選取應在滿足誤差放大器A和比較器的增益以及分辨率條件下，盡可能取小，從而減少回路電流在R上產生的壓降，以利降低損耗;分壓電阻r1，r2的比值決定了回路電流快速跟隨控制信號階躍下變時刻的原回路電流值與電流改變量的比值，即r1/r2越小時，電流下變時的跟隨性越好，但回路電流快速變化引起的過沖現象將使S1頻繁動作，回路電流脈動增大，反之跟隨性變差而電流脈動減小，本實施例選取r1為r2的10%;“幅值控制”信號的輸入端增加-D/A變換器后，將適于整個電路的數控操作。
權利要求
1.一種為電磁繞組提供快速變化電流的驅動電路，其特征如下，在電磁繞組回路中，供電電源E經開關器件S1，電流取樣電阻R，繞組L，開關器件S2向回路提供能量，電流取樣信號經誤差放大器A與“幅值控制”信號比較后，作用于高頻脈寬調制器PWM，對S2的導通時間進行反饋調節(jié)，從而限定了利用自身電感特性做為貯能元件L的能量供給，在調制脈沖關斷S2的期間，繞組L中的延續(xù)電流通過二極管D1，S2，R保持。
2.根據權利要求1中的驅動電路其特征在于，“關斷控制”信號作用于脈寬調制器PWM和比較器C，使開關器件S1，S2同步關斷，繞組L中的電流經D1，E，二極管D2以及R迅速釋放，在此過程中由于電流流經電源E的極性相反，故其中部分能量將回授給電源E。
3.根據權利要求1、2中的驅動電路，其特征在于，當“幅值控制”信號快速下變且其值小于經由分壓電阻r1，r2分壓后的電流取樣信號時，比較器C的輸出將關斷S1，與此同時，脈寬調制器PWM輸出的脈沖占空比減小，在S2關斷期間，繞組L中的電流將跟隨“幅值控制”信號迅速經D1，E，D2，R變化，r1，r2之比決定了回路電流快速跟隨控制信號階躍下變時刻的原回路電流與電流改變量的比值。
全文摘要
一種為電磁繞組提供快速變化電流的驅動電路。該發(fā)明能夠實現諸如步進電機和電磁鐵繞組的高速驅動，電路以高頻脈寬調制方式供電，使繞組電流具有快速的上升和下降速率，電流的大小可方便地進行動態(tài)調節(jié)，電路使用寬電壓范圍的單一電源，具有能量回授特性，低損耗、高的功率體積比和性能成本比，有廣泛的應用價值。
文檔編號H02P8/00GK1037612SQ8910108
公開日1989年11月29日 申請日期1989年3月15日 優(yōu)先權日1989年3月15日
發(fā)明者李幼夫, 林霞 申請人:李幼夫, 林霞