专利名称：一种升频升压型步进电机驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种升频升压型步进电机驱动器，属混合式步进电机驱动控制技术领域。
步进电机及其驱动装置因其具有较好的定位性能和较低的成本，在经济型数控领域和其它需要准确定位的加工、制造及检测设备当中获得了广泛的应用。但是由于步进电机本身所固有的低频振动问题，使得步进电机在一些对振动及噪音有所要求的场合的应用受到限制；如何对步进电机的低频振动通过驱动控制技术进行减轻和抑制，是步进电机应用中的一个重要问题。在现有的步进电动机驱动技术当中，细分控制技术和升频升压控制技术是能够较为有效的降低步进电机低频运转时的振动和噪音的主要控制方法，前者是通过对步进电机相电流进行阶梯化正弦控制，使电机以较小的单位步距角运行(机械步距角的几分之一或几十分之一)，从而降低低频振动，但此项技术实现较为复杂，特别是当电机相数较多时(如五相)不易实现且成本较高；升频升压控制技术是通过降低电机低速运行时的相绕组供电电压以降低低频振动的方法，目前升频升压控制主要是开环控制，因而存在以下主要问题①电压开环控制，易受供电电压波动影响；②电机绕组电流由驱动器输出电压与绕组电阻决定，因此电流易受环境(电源电压、电机参数等)影响，导致电机发热或转矩下降；③由于电机电阻很小，低速运行时驱动器输出电压必须较小才能不致过电流，而过低的绕组电压使得电机的快速响应性较差；④驱动器适应性差，针对不同规格型号的电机须相应调整。
本实用新型的目的是设计一种升频升压型步进电机驱动器，克服目前升频升压控制所存在的上述问题，将电流控制技术与升频升压技术有机的结合，提高驱动器电压和电流的可控制性，从而提高驱动性能及可靠性。
本实用新型设计的升频升压型步进电机驱动器，包括环形分配器、功放桥前级驱动器、功放桥、电流控制器和电压闭环控制器。由环形分配器将外部输入的步进脉冲和方向信号转换成步进电机的通电顺序控制信号，功放桥前级驱动器将该通电顺序控制信号放大后用以驱动功放桥工作，进而控制步进电机运行；由频率/电压转换器、比例积分调节及电压脉宽调制器、斩波管前级驱动器构成电压闭环控制器，该控制器的一端与外部的步进脉冲信号相联，另一端与斩波功率管的门极相接，控制器中的频率/电压转换器将步进脉冲的频率转换为电压信号作为比例积分调节及电压脉宽调制器的给定信号，比例积分调节及电压脉宽调制器将来自功放桥直流电压的采样信号与上述给定信号进行比较和比例积分调节，由此输出的脉宽调制信号通过斩波管前级驱动器放大后控制斩波功率管进行直流斩波，以控制功放桥的输入直流电压，保证功放桥的输入电压跟随升频升压控制所要求的电压给定而变化；电流控制是通过获取功放桥下桥臂电流经电流控制器来完成，该电流控制器的一端与功放桥的电流采样电阻相接，另一端与电压闭环控制器中的频率/电压转换器的输出端相联，电流控制器的输出端与功放桥的前级驱动器相联，功放桥各相电流采样信号输入电流控制器后经过最大值取样形成电流反馈信号，频率/电压转换器的电压给定信号输入电流控制器后经过一定处理形成给定信号，电流控制器将该给定信号与电流反馈信号进行比较产生功放桥的电流控制信号，该信号与前述的环形分配器所产生的步进电机通电顺序控制信号在功放桥前级驱动器中合成，形成功放桥的下桥臂控制信号，以控制功放桥的输出电流幅度，使得电机电流随电机运行速度提高而提高，实现升频升流控制。
本实用新型设计的步进电机驱动器，改进了原有的升频升压驱动控制技术，通过采用电压反馈及比例积分调节，实现闭环升频升压控制，消除了外界环境对驱动装置输出的影响，提高了可靠性；同时，将电流闭环控制技术引入升频升压控制中，实现了升频升流控制，增加了升频升压控制的灵活性和输出电流的可控制性，提高了驱动装置的快速性能和对电机的适应性，也进一步提高了装置的可靠性。
图1是本实用新型设计的步进电机驱动器的结构框图。
图2是驱动器中的电压闭环控制器的电路原理图。
图3是电流控制器的电路原理图。
以下结合附图详细介绍本实用新型的内容在图1所示的结构中，1是环形分配器、2和3为功放桥前级驱动器、4是功放桥、5是电流控制器、6是频率/电压转换器、7是比例积分调节及电压脉宽调制器、8是斩波管前级驱动器、9是斩波功率管。
如图1所示，由频率/电压转换器6、比例积分调节及电压脉宽调制器7、斩波管前级驱动器8构成了电压闭环控制器，首先频率/电压转换器6将步进脉冲的频率转换为电压信号作为直流电压给定，比例积分调节及电压脉宽调制器7通过对直流电压的采样反馈，实现对功放桥直流电压的比例积分调节，调节器输出的脉宽调制信号通过前级驱动器控制功率管实施斩波控制；电流采样通过功放桥的下臂放置电阻完成(参见图1)，各相电流采样信号经过电流控制器5的最大值取样电路获取电流反馈值，并由此电流反馈控制功率桥的下桥臂功率管，调节各相的输出电流幅值；电流控制器5的电流给定信号受控于频率/电压转换器6的电压给定信号(见图1)，使得电机电流随电机运行速度提高而提高，实现升频升流控制。
图2及图3给出了电压闭环控制器和电流控制器的一个具体实现方法。
参见图2,IC1为频率/电压转换集成电路，其接收步进脉冲信号并转换为直流电压信号，该直流电压的幅值V与接收的脉冲信号的频率fin成一定的比例关系V=k*fin(k为比例系数)，并作为功放桥的直流电压给定信号送入IC2；IC2为脉宽调制控制集成电路，通过电阻R5及电容C3构成比例积分调节器，实现给定信号与反馈信号的无静差反馈控制，由IC2经比例积分调节产生的脉宽调制控制信号通过三极管构成的前级驱动电路控制功率管实现直流电压的斩波调节。
参见图3，通过由图中所示的二极管D1～D5构成的取样电路取得的电流反馈信号与由频率/电压转换电路产生的电流给定信号经过比较器IC3产生控制激励信号送入同频斩波控制电路IC5,IC5的控制开关频率基准由振荡器IC4产生，IC5在控制激励与频率基准的共同作用下产生电流控制脉宽调制信号；IC6为信号合成电路，将电流控制脉宽调制信号与各相的环分控制信号合成，形成各相的下桥臂控制信号，并通过前级驱动放大控制功率管进行工作。
权利要求1.一种升频升压型步进电机驱动器，包括环形分配器、功放桥前级驱动器、功放桥，环形分配器将外部输入的步进脉冲和方向信号转换成步进电机的通电顺序控制信号，功放桥前级驱动器将该通电顺序控制信号放大后用以驱动功放桥工作，进而控制步进电机运行，其特征在于还包括电流控制器和电压闭环控制器；所述的电压闭环控制器由频率/电压转换器、比例积分调节及电压脉宽调制器、斩波管前级驱动器和斩波功率管组成，由频率/电压转换器、比例积分调节及电压脉宽调制器、斩波管前级驱动器构成电压闭环控制器，该控制器的一端与外部的步进脉冲信号相联，另一端与斩波功率管的门极相接，控制器中的频率/电压转换器将步进脉冲的频率转换为电压信号作为比例积分调节及电压脉宽调制器的给定信号，比例积分调节及电压脉宽调制器将来自功放桥直流电压的采样信号与上述给定信号进行比较和比例积分调节，由此输出的脉宽调制信号通过斩波管前级驱动器放大后控制斩波功率管进行直流斩波；所述的电流控制器的一个输入端与功放桥的电流采样电阻相接，另一个输入端与电压闭环控制器中的频率/电压转换器的输出端相联，电流控制器的输出端与功放桥的前级驱动器相联，功放桥各相电流采样信号输入电流控制器后经过最大值取样形成电流反馈信号，频率/电压转换器的电压给定信号输入电流控制器后经处理形成给定信号，电流控制器将该给定信号与电流反馈信号进行比较产生功放桥的电流控制信号，该信号与前述的环形分配器所产生的步进电机通电顺序控制信号在功放桥前级驱动器中合成，形成功放桥的下桥臂控制信号，以控制功放桥的输出电流幅度，使得电机电流随电机运行速度提高而提高，实现升频升流控制。
专利摘要本实用新型涉及一种升频升压型步进电机驱动器,包括环形分配器、功放桥前级驱动器、功放桥、电流控制器和电压闭环控制器等。环形分配器将外部信号转换成步进电机的通电顺序控制信号,功放桥前级驱动器将该信号放大后用以驱动功放桥工作,进而控制步进电机运行。本实用新型改进了原有的升频升压驱动控制技术,增加了升频升压控制的灵活性和输出电流的可控制性,提高了驱动装置的快速性能和对电机的适应性,还提高了装置的可靠性。
文档编号H02P8/12GK2464015SQ01202340
公开日2001年12月5日 申请日期2001年2月23日 优先权日2001年2月23日
发明者卢海惟, 王璐 申请人:北京四通电机技术有限责任公司