高低压电源驱动电路设计

1、文章编号:1009-671X(200409-0006-02步进电机高低压电源驱动电路设计罗延明,罗耀华,孟繁荣(哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001摘 要:步进电机的驱动电路有单一电压型和单电压恒流斩波型,但这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,重点介绍了一种步进电机高低压电源切换型驱动电路的构成及工作原理,并且通过实验证明,高低压电源驱动方式在多方面性能都优于传统的单一电压型和单电压恒流斩波型驱动方式.关 键 词:步进电机;高低压电源;驱动电路;触发器中图分类号:TP271.4 文献标识码:A收稿日期:2003-11-28.作者简介:罗延明(1978-,男,硕

2、士研究生,主要研究方向:电力电子及电力传动.Double voltage driving circuit for stepping motorsLUO Yan 2ming,LUO Yao 2hua,M EN G Fan 2rong(School of Auto matio n,Harbin Engineering Universi ty,Harbin 150001,Chi na明高低压驱动方式能够使电流波形得到很大改善,所以使得电机的矩频特性、启动和运行频率都有很大提高.1 电路原理高低压切换电源的原理图如图1所示.当图中所示分配器输出端出现控制信号u ka ,使功率器件导通时,功率器件V 1

3、、V 2的门极都有驱动信号输入,使V 1、V 2导通.此时,在高低压电源的同时作用下,快速恢复二极管V 3两端所承受的是反压,使快速恢复二极管V 3处于截止状态,因此低压电源不对绕组产生作用.所以,仅在高压电源的作用下,绕组电流迅速上升,电流前沿很陡如图1(c 所示.当电流达到12倍的稳态额定电流I w y 时(对应于时间t 0点.利用定时电路使V 1的门极信号消失.此时,功率器件V 1处于截止状态,快速恢复二极管V 3在低压电源的作用下导通.因此,低压电源通过V 3、V 2向绕组提供电流,此电流的大小应该等于步进电机绕组的稳态额定电流第31卷第9期 应 用 科 技 V ol.31,l .92

4、004年9月 Applied Science and Technology Sep.2004I w y ,绕组相电流波形如图1(c 所示 .图1 驱动电路及波形图当分配器输出端的信号电压u ka 消失,要求步进电机绕组断电时,V 2门极上的信号电压也消失了,所以功率器件V 2截止,绕组中的电流经快速恢复二极管V 4及电阻R f 2向高压电源放电,使电流迅速下降为0.2 实际电路与实验结果此高低压电源切换型驱动电路已成功应用于四相感应子式永磁步进电机的驱动,而且取得了非常良好的控制效果.低压控制回路由4个专用驱动芯片构成,控制信号经专用驱动芯片隔离放大后,直接用于驱动步进电机绕组上的4个功率器件

5、.高压控制回路由或门、单稳态触发器、光耦等组成.控制信号D riv1、Driv2、Driv3和Driv4经或门可以得到一个换相脉冲,再将此脉冲送入单稳态触发器的输入端,在这个换相脉冲的作用下,单稳态触发器就可以输出一个可以保持时间为t 0的同步窄脉冲.此同步窄脉冲再通过光耦进行隔离放大,光耦的输出用来驱动高压控制回路的功率器件.这样,每次步进电机换相时,在它的驱动脉冲前沿都会产生一个同步窄脉冲,这个同步窄脉冲经过隔离放大作为高压有效控制信号来驱动高压回路功率管,使高压回路功率管道导通,在高压电源作用下,绕组电流迅速上升.经过一段时间t 0,电流上升到12倍的稳态额定电流.高压回路功率管的驱动信号消失,处于截止状态.绕组电流立即转而由低压电源供电,使绕组电流维持在稳态额定电流,直至下一次换相.实测电流波形如图2所示 .图2 实测绕组电流波形3 结 论1采用这种高低压电源切换型驱动电路,电机绕组上不需要串联电阻或者只需要串联一个很小的电阻(为了平衡各相电流,其值约为0.10.58,所以电源功率也比较小.由于电流波形得到很大改善,所以电机的矩频特性很好,启动和运行频率都得到很大提高.2高低压电源切换驱动电路消除了恒流斩波电路产生的高频电磁噪音和功率管过热现象;每个控制脉冲产生的上升电流大,加速性能好.参考文献:1陈龙昌.控制电机M.西安:西安电子科技大学出版社,2002.2李仁