一种步进电机的恒转矩驱动电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种步进电机的恒转矩驱动电路，采用电流闭环控制方式，包括单片机控制单元，与输入的脉冲、方向控制信号连接，通过检测步进电机的输入信号控制步进电机的运转；逻辑电路，与单片机控制单元的输出端连接，用于隔离和提高电路的驱动能力；检测与放大电路，连接于绕组的输出端与单片机控制单元之间，用于实时反馈步进电机绕组流过的电流值；驱动电路，与所述逻辑电路的信号输出端连接，控制电机绕组上的电流保持恒定，进而驱动步进电机恒转矩运转及控制步进电机的运转方向。本实用新型专利技术具有输入电压高、转矩恒定、转动速度快、转矩波动小、运行功耗小、有效降低电磁噪音等优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种步进电机的恒转矩驱动电路，属于步进电机驱动

技术介绍
步进电机是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械 装置，它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，已经在当今工业上得到广泛的应用。但是 由于步进电机的步距角较大，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。实现步进电机的细分驱动，是减小步距角、提高步进分辨率、增加电机支行平稳性 的一种行之有效的方法。但传统的步进电机驱动方法存在驱动电压低、转矩不恒定、噪音大 等不足。
技术实现思路
本技术主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种转矩恒定、电机运转平 稳、噪音低的步进电机恒转矩驱动电路。为实现上述目的，本技术的技术方案是一种步进电机的恒转矩驱动电路，包括单片机控制单元，与输入的脉冲、方向控制信号连接，通过检测步进电机的输入信 号控制步进电机的运转；逻辑电路，与单片机控制单元的输出端连接，用于隔离和提高电路的驱动能力；检测与放大电路，连接于绕组的输出端与单片机控制单元之间，用于实时反馈步 进电机绕组流过的电流值；驱动电路，与所述逻辑电路的信号输出端连接，控制电机绕组上的电流保持恒定， 进而驱动步进电机恒转矩运转及控制步进电机的运转方向。其中，所述驱动电路为H桥驱动电路，功率管SWl和SW3分别连接于输入电压与一 相绕组的两个端点之间的上桥臂上，功率管SW2和SW4分别连接于参考电位与该相绕组的 两个端点之间的下桥臂上，每个功率管SW1、SW2、SW3、SW4再并联一个续流二极管VD1、VD2、 VD3、VD4，功率管SW1、SW2、Sff3, SW4分别与所述逻辑电路的信号输出端连接。所述单片机控制单元为DSP或为PS0C。所述步进电机的输入电压为110V。综上内容，本技术所述的步进电机的恒转矩驱动电路，在选择了合理的电流 波形的基础上，基于单片机控制步进电机恒转矩细分驱动。该电路实现电流闭环控制，并通 过周期性的控制电机励磁线圈充放电及续流方式周期性的控制励磁线圈的电流变化，保证 驱动电机高速平稳运行。具有输入电压高、转矩恒定、转动速度快、转矩波动小、运行功耗 小，可靠性高，通用性好、有效降低电磁噪音等优点，转矩可保证电机在运行过程中更平稳， 没有抖动，特别适合在定位精度要求较高的机械设备上使用，可以适用于两相和三相步进电机。附图说明图1本技术驱动电路原理图。具体实施方式以下结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细描述本实施例以两相步进电机为例，进行详细说明。如图1所示，一种步进电机的恒转矩驱动电路，包括单片机控制单元、逻辑电路、 检测与放大电路及驱动电路。其中，单片机控制单元与输入的脉冲、方向控制信号连接，通过检测步进电机的 脉冲及方向输入信号来相应地控制步进电机的运行情况，其中，方向信号表示的是步进电 机运行方向，脉冲信号可以告诉单片机控制单元得到一个脉冲以后即控制电机走一步。在单片机控制单元中实现的控制算法，可以根据电机的总电流计算出各相绕组的 细分电流的标准值。单片机控制单元为DSP或为PS0C，其中，DSP的型号为56F8013，PSOC 的型号为CY8C27543。逻辑电路与单片机控制单元的输出端连接，逻辑电路可以起到较好的隔离作用， 减少驱动电路中的开关开闭时对单片机的干扰，同时，由于单片机的驱动能力较弱，逻辑电 路还可以提高电路的驱动能力。检测与放大电路在电机每相绕组(AC和BD)的输出端与单片机控制单元之间都 连接检测与放大电路，在电机每相绕组(AC和BD)的输出端与参考电位之间连接一采样电 阻Re，检测与放大电路实时采样绕组电流，实时向单片机控制单元反馈步进电机AC绕组和 BD绕组流过的电流值，实现电流闭环控制，单片机控制单元将检测到的电流值与当前位置 的标准电流值比较，进而控制每相绕组上电流的大小。驱动电路为H桥驱动电路，每相电机绕组的输出端均连接有H桥驱动电路，由逻辑电路控制，用于控制电机 绕组上的电流保持恒定，进而驱动步进电机恒转矩运转及控制步进电机的运转方向。H桥驱动电路包括四个功率管SWl、SW2、SW3、SW4及四个续流二极管VD1、VD2、VD3、 VD4,功率管SW1、Sff2, Sff3, SW4分别与逻辑电路的输出端连接。功率管SWl连接于输入电压与绕组的A(B)点之间的上桥臂上，功率管SW2连接于 绕组的A(B)点与参考电位之间的下桥臂上，功率管SW3连接于输入电压与绕组的C(D)点 之间的上桥臂上，功率管SW4连接于绕组的C(D)点与参考电位之间的下桥臂上。在输入电 压与功率管SWl的输出端之间并联一续流二组管VD1，在输入电压与功率管SW3的输出端之 间并联一续流二组管VD3，在参考电位与功率管SW2的输入端之间并联一续流二组管VD2， 在参考电位与功率管SW4的输入端之间并联一续流二组管VD4。功率管SWl和SW4和续流二极管VDl和VD4，控制步进电机正转电流；功率管SW3 和SW2和续流二极管VD3和VD2，控制步进电机反转电流。本专利技术所述的步进电机的恒转矩驱动电路，可以实现电流闭环控制方式，具体控 制方法包括如下步骤(1)将步进电机的脉冲及方向控制信号输入给DSP或为PSOC单片机控制单元。(2)单片机控制单元通过检测与放大电路获得在步进电机绕组上流过的电流大 小，并将此检测电流与预先通过单片机控制单元的控制算法计算出的标准电流值相比较。如果单片机控制单元收到下一步的脉冲信号以后，则调整电流标准值，使得当前 流过绕组的电流调制为新的标准值。(3)通过检测电流值和当前位置的标准电流值比较的差值输出PWM信号，控制驱 动电路中四个功率管SW1、Sff2, Sff3, SW4的关闭和导通，并输出该相绕组的调制波形，通过 调整所述功率管SW1、SW2、SW3、SW4和续流二极管对所述绕组的充放电及续流方式，进而控 制步进电机绕组上的电流的大小，使步进电机绕组上的电流为恒定值。电流的稳定控制可以保证输出转矩的稳定，而电机控制中频繁的换相使电流的波 形起伏较大，本专利技术根据功率控制管和二极管对电机绕组的充放电特点及续流方式，使电 机两相合成电流为恒定值，从而保证电机平稳运转。步进电机每相绕组电流的输出波形为正弦波形，在电流上升阶段，单片机控制单 元控制功率管SWl和SW4导通，此时，直流电源在步进电机绕组上直通，步进电机正转，使绕 组电流迅速上升，上升到额定值时，控制功率管SWl和SW4关闭，相应的续流二极管VDl和 VD4起作用，使每相绕组上的电流保持恒定。在电流下降阶段，采用混合降低的方式，首先控制功率管SWl关闭而功率管SW4导 通的组合方式，使电流快速降低，降低至额定值时，再控制功率管SW1、SW4均关闭的组合方 式，使电流慢速降低，保持绕组上的电流恒定。混合模式可兼顾电流纹波及电机高速旋转时 的电流波形，使电机平稳低噪声高速运转。相反，当步进电机反转时，在电流上升阶段，单片机控制单元号控制功率管SW3和 SW2导通，使绕组电流迅速上升，上升到额定值时，控制功率管SW3和SW2关闭，相应的续流 二极管VD3和VD2起作用，使每相绕组上的电流保持恒定。在电流下降阶段，首先控制功率 管SW3关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种步进电机的恒转矩驱动电路，其特征在于：包括：单片机控制单元，与输入的脉冲、方向控制信号连接；逻辑电路，与单片机控制单元的输出端连接；检测与放大电路，连接于绕组的输出端与单片机控制单元之间；驱动电路，与所述逻辑电路的信号输出端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美堂，张永利，张勇，
申请(专利权)人：山东朗进科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：37