一种基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路，属于洛伦兹平面电机的电路控制技术领域。包括控制信号预放大模块、差分放大模块、电流采样模块、信号转换模块和反馈环节，控制信号预放大模块在控制信号Vc和反馈信号Vi的共同作用下输出电压控制信号V1至差分放大模块，差分放大模块将V1输出为电机驱动信号V+、V

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路


[0001]本专利技术属于洛伦兹平面电机的电路控制
，更具体地，涉及一种基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路。

技术介绍

[0002]洛伦兹平面电机是随着电力电子技术，高性能永磁材料迅速发展而得到的新式电机，具有线性度好、高速高精、结构简单、惯量小等优点，它在光刻机、芯片制造装备等现代精密、超精密制造装备中具有巨大的应用潜力，国内外相关技术发展很快，普遍认为是先进制造的关键技术。随着对电机高速高精的要求越来越高，洛伦兹电机驱动器应具有良好的线性度、高带宽、微小的静态误差等特点。
[0003]经过近些年的发展，洛伦兹电机驱动电路可以分为PWM驱动型和直流驱动型。PWM驱动优点为效率高、体积小和功率大，其缺点包括电流纹波大、带宽窄等，同时PWM驱动方式输入输出信号不满足线性关系，驱动器设计较复杂；直流驱动优点为简单直观，输入输出满足线性关系，驱动器设计较简单，具有带宽高、电流纹波小的优点，但直流驱动存在驱动效率低，体积大的缺点，此外由于电路中存在温度漂移现象，系统的稳态误差较大。
[0004]为了既能实现精度较高的洛伦兹电机驱动，又能抵抗高频干扰，有必要设计一种结构简单效率较高且同时兼顾上述需求的洛伦兹电机驱动电路。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路，旨在解决现有的直流驱动型洛伦兹电机驱动电路存在的系统稳态误差大、电流控制精度不高的问题。r/>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路，包括控制信号预放大模块、差分放大模块、电流采样模块和信号转换模块和反馈环节，所述控制信号预放大模块在控制信号Vc和反馈信号Vi的共同作用下输出电压控制信号V1至所述差分放大模块，所述差分放大模块将输入的电压控制信号V1输出为电机驱动信号V+、V
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，并作为洛伦兹电机线圈两端的输入电压，所述电流采样模块将电机驱动信号V+、V
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采样放大成反馈电压Vi+、Vi
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，所述信号转换模块用于将反馈电压Vi+、Vi
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转化为单端反馈信号Vi，经过反馈电路与控制信号Vc共同作用于控制信号预放大模块。
[0007]控制信号预防大模块主要由运放U1和PI调节电路构成，PI调节电路可以降低高频幅值，降低带宽，在不增加高频噪声下提高低频增益，改善稳态精度。通过配置放大器U1的外围PI调节电路的中的R5、R6、C9、C10，调整低频放大倍数，提高信噪比，在控制信号Vc和反馈信号Vi的共同作用下输出电压控制信号V1。R5和C9串联后并联在U1的输入引脚和输出引脚之间，R6和C10串联后并联在U1的输入引脚和输出引脚之间；所述控制信号预防大模块传递函数为：
[0008][0009]其中，s为拉普拉斯算子。
[0010]差分放大模块主要由LM4766芯片U2和U3构成，是两个线性功率放大器，其采用差分直流输出的方式和对称的电路结构，将输出电压控制信号V1输出为电机驱动信号V+、V
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，并将输出作为洛伦兹电机线圈两端的输入电压。所述外围电路包括R13、R14、R17、R18、R25、R33、R34、C17、C18、C24，其中R14一端接U1输出引脚另一端接U2输入引脚、R25和R34串联后并联在U2的输入引脚和输出引脚之间，R14、R25和R34组成U2的反馈回路；R13一端接U1输出引脚另一端接U3输入引脚、R17串联在U3的输入引脚和GND之间，R33并联在U2的输入引脚和输出引脚之间，R13、R17和R33组成U3的反馈回路；R18、C17、C18、C24配置U2的外部供电电路；所述差分放大模块传递函数为：
[0011][0012]其中，s为拉普拉斯算子。
[0013]进一步地，洛伦兹电机线圈一端接R45再接U2输出引脚，另一端接R46再接U3输出引脚，，传递函数为：
[0014][0015]其中，R
m
为电机线圈的电阻，L
m
是电机线圈的电感。
[0016]电流采样模块基于芯片U4和U5，采用两个小阻值高精度采样电阻采样，使用对称的电路结构将采样电阻两端的电压看作施加在洛伦兹电机线圈的两端的电压，并将电机驱动信号V+、V
‑
采样放大成反馈电压Vi+、Vi
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，放大倍数通过改变外围电阻的阻值可以实现。所述外围电路包括R45、R46、R53、R54、R57、R59、C45、C46，R45串联在U4的同相输入引脚和反相输入引脚之间，R53一端接U4的反向输入引脚另一端接GND，R57并联在U4反向输入引脚和输出引脚之间，R46串联在U5的同相输入引脚和反相输入引脚之间，R54一端接U5的反向输入引脚另一端接GND，R59并联在U5反向输入引脚和输出引脚之间，C45、C46分别配置U4、U5的外部供电电路，传递函数为：
[0017][0018]其中，s为拉普拉斯算子。
[0019]信号转换模块主要由运放U6及其外围电路构成，主要作用是将反馈电压Vi+、Vi
‑
转化为单端反馈信号Vi，经过反馈电路与控制信号Vc共同作用于控制信号预放大模块。所述外围电路包括R69、R70、R71、R81、C53、C57，R70一端接U4输出引脚另一端接U6反相输入引脚，R81、C57并联后一端接U6反相输入引脚另一端接U6输出引脚，R71一端接U5输出引脚另一端接U6同相输入引脚，R69、C53并联后一端接U6同相输入引脚另一端接GND；传递函数为：
[0020][0021]其中，s为拉普拉斯算子。
[0022]进一步地，所述反馈环节包括R1和R38，R38一端接U6输出端另一端接U1输入端，R1一端接控制信号Vc另一端接U1输入端，反馈系数为：
[0023][0024]开环传递函数：
[0025]G
open
＝G1G2G3G4G5。
[0026]闭环传递函数：
[0027][0028]本专利技术提供的基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路，具有体积小、低频特性好、高频抗干扰能力强、输出电流控制精度高、线性度好、稳态误差小且控制带宽大(约3KHz)的优点。本专利技术采用低压供电，在控制信号Vc(
‑
10V～10V)的作用下通过固定的放大增益输出电流，以满足洛伦兹电机的驱动需求。针对线性功率放大器热稳定性差、存在温度漂移现象的问题，采用基于硬件的PID控制实现方式，有效的保证了其输出电流的精确性，并采用差分驱动的方式和对称的电路结构，消除系统误差改善稳态精度，提高驱动系统的抗干扰性。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的结构框图；
[0030]图2是本专利技术的电路原理图；
[0031]图3是本专利技术的开环伯德图；
[0032]图4是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电流闭环反馈控制原理的洛伦兹电机驱动电路，其特征在于，包括控制信号预放大模块、差分放大模块、电流采样模块、信号转换模块和反馈环节，所述控制信号预放大模块在控制信号Vc和反馈信号Vi的共同作用下输出电压控制信号V1至所述差分放大模块，所述差分放大模块将输入的电压控制信号V1输出为电机驱动信号V+、V
‑
，并作为洛伦兹电机线圈两端的输入电压，所述电流采样模块将电机线圈内部产生的电流Im采样放大成反馈电压Vi+、Vi
‑
，所述信号转换模块用于将反馈电压Vi+、Vi
‑
转化为单端反馈信号Vi，经过反馈环节与控制信号Vc共同作用于控制信号预放大模块。2.根据权利要求1所述的洛伦兹电机驱动电路，其特征在于，所述控制信号预放大模块包括放大器U1及外围PI调节电路，所述外围PI调节电路包括R5、R6、C9、C10，R5和C9串联后并联在U1的输入引脚和输出引脚之间，R6和C10串联后并联在U1的输入引脚和输出引脚之间；所述控制信号预防大模块传递函数为：其中，s为拉普拉斯算子。3.根据权利要求2所述的洛伦兹电机驱动电路，其特征在于，所述差分放大模块包括功率放大器U2、U3及其外围电路，所述外围电路包括R13、R14、R17、R18、R25、R33、R34、C17、C18、C24，其中R14一端接U1输出引脚另一端接U2输入引脚、R25和R34串联后并联在U2的输入引脚和输出引脚之间，R14、R25和R34组成U2的反馈回路；R13一端接U1输出引脚另一端接U3输入引脚、R17串联在U3的输入引脚和GND之间，R33并联在U2的输入引脚和输出引脚之间，R13、R17和R33组成U3的反馈回路；R18、C17、C18、C24配置U2的外部供电电路；所述差分放大模块传递函数为：其中，s为拉普拉斯算子。4.根据权利要求3所述的洛...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小清，朱磊，张争光，杨恭领，孙淑媛，袁忠湘，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：