发动机步进电机恒流源驱动模块制造技术

本发明专利技术公开的一种发动机步进电机恒流源驱动模块，旨在提供一种可以按照需求进行调节，能够避免浪涌电流，保护驱动线圈不被损坏的隔离型恒流源驱动模块。本发明专利技术通过下述技术方案予以现实：从发动机电子控制器输出的四相控制方波信号，通过四相驱动单元导通恒流源模块，输出的恒流电流通过步进电机两个公共端，经四相驱动单元开关控制接通到模拟地AGND，从AGND进入恒流检测单元的分压电阻R50，再回到恒流源模块输出负端构成恒流驱动回路；恒流检测单元分压后产生一个与采样电压进行比较的参考电压值，采样电压大于参考电压时输出低电平，改变恒流源输出电流强度，恒流源模块中的光耦隔离控制单元光藕隔离恒流源输出，将输出电压限制在安全值范围。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开的一种发动机步进电机恒流源驱动模块，旨在提供一种可以按照需求进行调节，能够避免浪涌电流，保护驱动线圈不被损坏的隔离型恒流源驱动模块。本专利技术通过下述技术方案予以现实：从发动机电子控制器输出的四相控制方波信号，通过四相驱动单元导通恒流源模块，输出的恒流电流通过步进电机两个公共端，经四相驱动单元开关控制接通到模拟地AGND，从AGND进入恒流检测单元的分压电阻R50，再回到恒流源模块输出负端构成恒流驱动回路；恒流检测单元分压后产生一个与采样电压进行比较的参考电压值，采样电压大于参考电压时输出低电平，改变恒流源输出电流强度，恒流源模块中的光耦隔离控制单元光藕隔离恒流源输出，将输出电压限制在安全值范围。【专利说明】发动机步进电机恒流源驱动模块
本专利技术涉及一种主要应用于步进电机的驱动器，尤其是具有采用隔离、恒流、限压等手段，通过步进电机控制航空发动机燃油流量的驱动器模块。
技术介绍
现有技术步进电机的驱动电路有单一电压型、单电压恒流斩波型和高低压电源切换型等。单一电压型和单电压恒流斩波型这2种驱动方式都存在一定的缺陷，在应用中有一定的局限性。单一电压型驱动只有一种电压，线路简单，功率元件少，成本低.但这种方式存在的最大缺陷是在限流电阻上消耗的电能太多，因此单一电压型驱动电路中的限流电阻的增大受到了限制。随着航空发动机性能的提高和电子控制技术的发展，发动机控制系统已由原来的机械液压式发展到现在的电子模拟式，先进的数字式控制系统也正在研发使用中。步进电动机或称脉冲电动机，是一种将离散的电脉冲信号转换成输出轴的角位移(或直线位移)的执行元件。它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点。但其步矩角较大，一般为1.5?3°，往往满足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。其突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起、停，正、反转及制动控制。步进电机由于受到其本身结构的限制，步矩角不可能做得很小。因而在运行时存在着走一步停一下的步进振动，输出转矩明显波动，在低频区工作时，有共振。由于步进电机的输出力矩和功率随速度增大而不断变化，所以保持转矩是衡量步进电机最重要的参数之一。虽然保持转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关。但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。步进电机的动态力矩很难确定，往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。阶越(突然)起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只考虑摩擦负载。运行温度过高会发生退磁现象导致力矩下降和失步。驱动放大器包括逻辑解释模块和电流放大模块。驱动放大器接受步进脉冲，方向信号等输入，输出两组(或几组)受控电流到电机的两个(或几个)绕组。逻辑解释模块根据用户上位机发来的步进脉冲、方向信号以及脱机信号等，使得各线圈(绕组)电流轮流切换，从而使电机转子步进旋转。电机工作方式只有两种，即整步工作和半步工作，步距角是由电机结构确定的。当基本步距角不能满足要求时，需要进行细分驱动。即每次输入脉冲切换时，不将电流全通或全断，而只改变相应绕组电流的一部分，从而转子只转动基本步距角的一部分。细分功能由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生，与电机无关。细分后，输出电流变化相对平稳，一定程度上提高输出转矩，减弱电机的低频振荡，提高步距精度。具体的改善程度视细分程度和驱动电路的质量而定。电流放大模块将逻辑信号放大成工作电流。较为常用的是由场效应管组成的H桥电路。场效应管可以是一种电子开关，就像电灯开关。使用这种通断型开关来调整电流的常用方式是斩波恒流。恒流就是恒定电流。斩波就是将高出需要电流波砍掉。例如往一个漏水的杯子里加水，如加水速度大于漏水速度，就要停停加加，以免溢出。场效应管开通时，电流上升。当电流刚超过设定时，场效应管关断，电流被砍，掉下来。掉到低于设定时，场效应管再次打开，电流又上升。反复开关加上电机线圈电感作用，电流就保持在设定值了。需要指出的是，有些驱动放大器发热量(不是温度)很大，有些很小。主要原因是多数场效应管的内阻都在几百毫欧姆。驱动器的表面温度与发热量和散热面积相关。采用步进电机控制航空燃油流量具有准确度高、安全可靠等优点，然而步进电机的驱动需要足够的电压或电流强度，同时需要驱动电路具有安全可靠和故障检查等功能。一般驱动电路少有将工作电源与驱动电路进行电气隔离，更少对驱动电压、电流强度和功率进行适当限制，驱动线路少有相应的故障检查点，这些不能完全满足航空发动机运行安全性和可靠性要求。由于恒流源模块要求输出电流恒定，当步进电机开路时恒流源输出电压很高，恒流源模块输出功率可能超过极限值，长时间工作就会造成恒流源模块损坏，由于恒流源模块要求输出电流恒定，当步进电机开路时恒流源输出电压很高，若不进行限制就会造成恒流源模块输出级器件损坏。当步进电机线圈阻抗过大时，恒流源模块输出电压高、功率大，恒流源模块长时间工作就会造成模块工作温度急剧上升而造成损坏。当步进电机线圈阻抗过大时，恒流源模块输出电压高、功率大，恒流源模块长时间工作会造成模块工作温度急剧上升而损坏，为了保护恒流源模块就必须进行输出功率限制。航空发动机电子控制器主要驱动对象是控制燃油流量的步进电机，其工作模式复杂多变，容易形成电流浪涌和尖峰电压，为了适应不同阻抗的步进电机和驱动线路，避免因驱动电压不足、驱动线路短路和步进电机故障而造成事故，采用恒流源驱动步进电机是最佳设计方案。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种可以按照需求进行调节，能满足不同工作场合，可有效避免驱动过程产生浪涌电流、尖峰电压，保护步进电机的驱动线圈不被损坏的发动机步进电机隔离型恒流源驱动模块。本专利技术的上述目的可以通过以下措施来达到，一种发动机步进电机恒流源驱动模块，包括:电连接步进电机输入端的恒流源模块、电连接步进电机输出端的四相驱动单元和电连接在四相驱动单元两端的恒流检测单元，其特征在于:从发动机电子控制器CPU输出的步进电机四相控制方波信号，通过四相驱动单元导通恒流源模块，恒流源模块采用隔离式恒流源电路输出的恒流电流，通过步进电机两个公共端，经四相驱动单元开关控制接通到模拟地AGND，从AGND进入恒流检测单元的分压电阻R50，再回到恒流源模块输出负端构成恒流驱动回路；恒流检测单元分压后产生一个与采样电压进行比较的参考电压值，采样电压大于参考电压时输出低电平，改变恒流源输出电流强度，比较输出电压后供CPU检测，通过恒流源模块中的光耦隔离控制单元光藕隔离控制恒流源输出，将输出电压限制在一个安全值范围。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。具有最高输出电压限制功能。本专利技术恒流源模块采用隔离式恒流源电路输出恒流电流，通过恒流源模块中的光耦隔离控制单元光藕隔离控制恒流源输出。通过光藕隔离控制将输出电压限制在一个安全值范围，确保了恒流源模块工作安全可靠。恒流电流值可以按照需求进行调节，能满足不同工作场合。本专利技术采用隔离型恒流驱动步进电机，可以有效避免驱动过程产生的浪涌电流、尖峰电压，保护了步进电机的驱动线圈不被损坏。由于步进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机步进电机恒流源驱动模块，包括：电连接步进电机输入端的恒流源模块、电连接步进电机输出端的四相驱动单元和电连接在四相驱动单元两端的恒流检测单元，其特征在于：从发动机电子控制器CPU输出的步进电机四相控制方波信号，通过四相驱动单元导通恒流源模块，恒流源模块采用隔离式恒流源电路输出的恒流电流，通过步进电机两个公共端，经四相驱动单元开关控制接通到模拟地AGND，从AGND进入恒流检测单元的分压电阻R50，再回到恒流源模块输出负端构成恒流驱动回路；恒流检测单元分压后产生一个与采样电压进行比较的参考电压值，采样电压大于参考电压时输出低电平，改变恒流源输出电流强度，比较输出电压后供CPU检测，通过恒流源模块中的光耦隔离控制单元光藕隔离控制恒流源输出，将输出电压限制在一个安全值范围。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李飙，许会元，蒋勇，刘洪，
申请(专利权)人：四川亚美动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51