步进电动机的驱动电路制造技术

一种步进电动机的调频调压型驱动电路，由锯齿波发生器、频率／电压转换器、脉宽调制器、脉冲合成器和功率放大器组成。这种电路去掉了现有技术中的电压调整器，使驱动电路结构简单，成本降低而且体积也小。它将脉冲发生器发出的脉冲，经频率／电压转换器转换成电压，该电压在脉宽调制器中把锯齿波调制成脉宽可变的脉冲信号，在脉冲合成器中与控制脉冲合成后加到功率放大器达到调频调压驱动步进电动机的目的。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种无电压调整器的步进电动机调频调压型的驱动电路。现有的步进电动机驱动电路，属于调频调压型的主要有二种：1.带电压调整器的调频调压电路（见附图1），参见文献《功率步进电动机的驱动》机械工业出版1984年2月。2.带电压调整器电流型调频调压电路（见附图2）参见“5相ステツピングモ-タ-ユニツトUPD取报说明书”オリヱンタルイ-デイ-株式会社。这二种电路虽然都能使步进电动的性能得到较好的发挥，但它们的共同缺点是都带有电压调整器，由于电压调整器需要用大功率晶体管和大容量的电感电容滤波器，因此增加结构复杂性，成本提高而且体积也大。再有电源电压经过电压调整器后波动很大，使功率放大器工作点变化，调整也比较困难。本专利技术的目的是提供一种不需要电压调整器的步进电动机调频调压型驱动电路，这种电路具有结构简单，体积少，成本低的优点，且能使步进电动机的性能得到充分的发挥。下面结合附图来说明本专利技术的工作原理，附图3是本专利技术的框图，附图4是其工作原理图。本专利技术由以下几个单元组成：锯齿波发生器1、频率/电压转换器2、脉宽调制器3脉冲合成器4和功率放大器5。脉冲发生器6和脉冲分配器7不属于本专利技术的电路范围，它通常是由外接的控制器完成的，例如是计算机。下面分别说明各个单元。锯齿波发生器1，由与非门11、13、16、电阻12、14、17和电容15、18组成。从W点发出的矩形脉冲经电阻17、-->电容18充放电后从B点输出锯齿波（见附图5）。这种锯齿波的线性度不好，但是这种波形恰恰最能发挥步进电动机的性能，而这样的线路却是最简单，这是本专利技术的一个优点。电阻值为1K～10K，电容值为0.005uF～0.1uF。频率/电压转换器2是由频率/电压转换集成电路21以及附加的电阻22、25、26、27、28、29和电容23、24组成。在本专利技术中集成电路21选用了LM2917，当然也可用其它的型号，只要改变相应的附加电阻和电容接法和参数即可。LM2917是美国NS公司生产的双列直插单片频率/电压转换电路。来自脉冲发生器6频率为fC的脉冲信号通过电阻22加到集成电路21的引脚1上，经过集成电路21的频率-电压转换，在其引脚5输出电压UO，U0＝fCC23R25U1。式中：fC-脉冲发生器6发生的控制脉冲的频率V1-电源电压从上式可见，当控制脉冲的频率fC变化时，频率/电压转换器的输出电压UO也相应地变化，实现了频率-电压的转换。为了充分发挥步进电动机的性能，希望频率/电压转换器具有如附图6的fC-UO特性，这条特性可以通过电容23、24，电阻25、28、29参数的选择来实现，这是本专利技术的特征之一。这些参数的范围为：电容23：10PF～1μF电容24：0.1μF～100μF电阻25：10K～150K电阻28：200Ω～10K-->电阻29：1K～150K应该指出，实现频率-电压转换的电路很多，也可以通过其它的公知电路转换。脉宽调制器3由集成电路（LM339）31、电阻30、32、33组成。集成电路LM339内有四个比较器，这里只用其中的一个，当比较器的“+”端输入电压U0，大于“-”端的锯齿波电压时，比较器输出正电平;反之，输出负电平，见附图7。由图可见，从脉宽调制器3输出的信号fC，其脉冲宽度受频率/电压转换器输出电压U0的调制，脉冲发生器发生的控制脉冲的频率越高，脉宽调制器输出的脉冲宽度也越宽。脉冲合成器4由“与非门”电路（1/474LSOO）41、光电三极管42、电阻43、44、45组成。“与非门”1/474LSOO41将脉冲分配器7送来的控制信号fC′和脉宽调制器3送来的信号fG合成为fH加到功率放大器5。这里的光电三极管42起信号的隔离放大作用。图4中的“与非门”亦可用“与门”或“或门”或者“或非门”代替，只要改变相应的接法即可。功率放大器5是用来驱动步进电动机的电路单元。图4提供了一种单管驱动方式，它是由前置放大级54和复合管功放级57、59组成，二极管61、62是消除步进电动机9在功放级截止时所产生的反电势，保护了功放三极管57、59。对步进电动机的驱动，还可采用双管驱动，如附图8（a）（b）所示，图8（a）用于反应式步进电动机;图8（b）用于混合式步进电动机;图8（a）（b）中A端和A′端所加的信号可以有以下几种方式：a.A和A′端均来自脉冲合成器4的输出信号fH;b.A端加来自脉冲分配器7的信号fC′;A′端加fG和-->fC′的混频信号，这种情况最有利于步进电动机性能的发挥;c.与方式b相反接法;d.图8（c）为四个开关元件组成的H桥电路单元，即每相绕用四只开关元件，以实现双极性驱动。在加信号时，同时导通的个元件的控制端所加信号，一个为脉冲分配器的输出信号fC′，一个为fG与fC′的混频信号fN。在功率放大器5中通常用功率三极管作开关元件，但也可采公知的其它电子开关电路。综上所述，如果外接的控制器要求步进电动机以较高的速度进，则控制器发出较高频率的信号fC，该信号fC经频率/电转换器2转换成较高电压U0，该电压UO在脉宽调制器3内把齿波发生器1送来的锯齿波调制成较宽的脉冲信号fG，该信号经脉冲合成器4和来自脉冲分配7的信号fC′合成信号fH，在号fH中fC′决定了步进电动机的转速，fG则使步进电动机运平滑，且实现对步进电动机调频调压驱动的目的。此外，如果从率/电压转换器2的输出电压UO加到新增一个电压/频率转换路（图中未画出），该电路使锯齿波发生器的锯齿波频率，发生应的改变，又因为fG的频率等于锯齿波频率，所以可以使得fG信号的脉宽和频率随控制脉冲信号fC的变化而同时变化，这也利于发挥步进电动机的驱动性能。本专利技术的优点去掉了现有技术中的电压调整器，这是步进电机驱动电路中最为昂贵和笨重的部件。同时本专利技术的电路输出特和步进电动机的驱动特性十分匹配协调，因而步进电动机运行平工作可靠。-->实施例：附图4是本专利技术的实施例，现将图中的主要参数列举如下：1.锯齿波发生器1：与非门11、13、16-1/474LSOO×3电阻17-10KΩ电容18-0.01μF2.频率/电压转换器2：集成电路21-LM2917电容23-6800PF电容24-10μF电阻25-100KΩ电阻28-5KΩ电阻29-10KΩ3、脉宽调制器3：集成电路31-1/4LM3394、脉冲合成器4：集成电路41-1/4    74LSOO光电三极管42-G01015、功率放大器5：三极管54-3DG6B三极管57-3DK4B三极管59-2SD633二极管60-2CK5H二极管61-2CK5H-->6、电源：U1-+5VU2-+12VU3-+24V7、步进电动机-75BF001本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进电动机的驱动电路，由锯齿波发生器１，频率／电压转换器２，脉宽调制器３，脉冲合成器４和功率放大器５组成，其特征在于采用了频率／电压转换器２将脉冲发生器１发出的控制信号ｆｃ转换成电压Ｕ↓〔０〕，在脉宽调制器３中用电压Ｕ↓〔０〕对锯齿波发生器１产生的锯齿波进行调制，输出脉宽可变的脉冲ｆ↓〔Ｇ〕，该脉冲通过脉冲合成器４和控制脉冲ｆ↓〔Ｇ〕′进行合成而产生ｆ↓〔Ｈ〕信号去控制功率放大器５，再由功率放大器５驱动步进电动机。

【技术特征摘要】
1、一种步进电动机的驱动电路，由锯齿波发生器1，频率/电压转换器2，脉宽调制器3，脉冲合成器4和功率放大器5组成，其特征在于采用了频率/电压转换器2将脉冲发生器1发出的控制信号fc转换成电压U0，在脉宽调制器3中用电压U0对锯齿波发生器1产生的锯齿波进行调制，输出脉宽可变的脉冲fG，该脉冲通过脉冲合成器4和控制脉冲fG′进行合成而产生fH信号去控制功率放大器5，再由功率放大器5驱动步进电动机。2、根据权利要求1所述的驱动电路，其锯齿波发生器1中电阻17的数值为1K～10K，电容18数值为0.005μF～0.1μF，锯齿波的频率范围为1KHz～20KHz。3、根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于频率/电压转换器2中的集成电路（LM2917）21的引脚2外接电容23;引脚3、4短接并外接电容24和电阻25，电阻25的另一端接至由电阻28和电阻29组成分压器的中点，其阻容数值如下：电阻25-10K～150K电阻29-1K～150K电阻28-200Ω～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志良，王宗培，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]