专利名称：超小型十细分两相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步进电机驱动器，尤其是指一种采用数字控制的超小型十细分两相步进电机驱动器。
背景技术：
目前，市场上的细分型两相步进电机的驱动电路有三种形式。第一种是采用单片机对脉冲计数后，由单片机发出正/余弦基准波的D/A转换数据，送入D/A转换器，产生正/余弦基准波，然后正/余弦基准波再与电流采样信号比较，得到脉宽调制信号，该脉宽调制信号与由单片机发出的相位信号进行逻辑转换后，产生双H桥驱动电路的前级输入信号，驱动双H桥，控制步进电机。第二种是用EPROM代替单片机，用数字逻辑电路对输入脉冲计数，通过计数结果产生EPROM位置地址，选出相对应的正/余弦基准波的D/A转换数据，送入D/A转换器，产生正/余弦基准波，后一部分的电路与第一种形式一样。第三种是采用专用的独家IC。
第一种形式的控制电路缺点在于由于单片机的运行速度有限，当脉冲速度很快时，电机电流控制不好，步进电机的高速运行可能失步；第二种形式的控制电路解决了第一种形式的缺点，但是辅助电路较多，成本较高；第三种形式的控制电路的成本更高，不便于推广。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高速运行平稳、电机定位精确的超小型十细分两相步进电机驱动器。
本实用新型实现上述目的的方案是超小型十细分两相步进电机驱动器，包括依次相连的脉冲/方向发生电路1，脉冲/方向计数电路2，相位发生电路3，双H桥驱动电路9，还包括有与脉冲/方向计数电路2、相位发生电路3、双H桥驱动电路9相连接的恒流斩波控制电路。
恒流斩波控制电路由半流电路5、三角波发生电路6、脉宽调制信号发生电路7和十细分正/余弦基准波发生电路组成。
所述的十细分正/余弦基准波发生电路包括有逻辑开关电路4和基准波电阻网络电路10、逻辑开关电路4的输出与基准波电阻网络电路10的输入相连。
所述的基准波电阻网络电路10连接一个可调电阻，通过调节可调电阻改变十细分正/余弦基准波发生电路的直流偏压。
所述输出和脉冲/方向计数电路2采用二/十进制计数器实现脉冲计数。
相位发生电路3采用二/十进制计数器和异或电路实现相位信号。
脉宽调制信号发生电路7采用比较器电路和与电路以及异或电路实现脉宽调制信号输出。
采用以上方案的有益效果由于采用数字逻辑电路对输入脉冲计数，解决了步进电机的高速运行问题；采用十细分驱动技术，较好地解决了电机精确定位问题；通过调节可调电阻改变十细分正/余弦基准波发生电路的直流偏压，整个电路构成一个控制环路，步进电机电流波形控制极好，不同电机都可以达到较为平稳的运行特性；同时最大程度的减少了电子元器件数量，极大地缩小了电路整体体积，减少了安装空间，而且大大的节约了成本。
以下结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详述。
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的一实施例的电原理图。
见图1，所示超小型十细分两相步进电机驱动电路，包括依次相连的脉冲/方向发生电路1，脉冲/方向计数电路2，相位发生电路3，双H桥驱动电路9和恒流斩波控制电路，所述恒流斩波控制电路包括半流电路5，三角波发生电路6和脉宽调制信号发生电路7和十细分正/余弦基准波发生电路，所述脉冲/方向发生电路1的输出端接脉冲/方向计数电路2和相位发生电路3，脉冲/方向计数电路2的输出端接逻辑开关电路4和基准波电阻网络电路10，逻辑开关电路4和基准波电阻网络电路10的输出端和双H桥驱动电路9的输出端接脉宽调制信号发生电路7，脉宽调制信号发生电路7的输出端和相位发生电路3输出端的接双H桥驱动电路9，控制电源发生电路8与各电路相连接。
其中外部输入的位置/转向控制信号经过脉冲/方向发生电路1后，产生隔离的脉冲/方向信号，提供给内部的驱动电路；外部接入的电机电流设定电阻可以设定电机电流范围1～7Amp；外部输入的使能信号可以关断电机驱动，使电机处于自由状态，方便位置调节；外部输入的电源通过滤波后一部分接双H桥驱动电路，为步进电机提供电源，一部分通过控制电源发生电路8产生+12V控制电压，为各环节提供供电电压，双H桥驱动电路直接接两相步进电机的两个绕组，对绕组进行驱动，构成本电路的输出信号。
整个电路的工作原理概述如下外部输入的位置/转向控制信号经过脉冲/方向发生电路1后，产生隔离的脉冲/方向信号，该脉冲/方向信号通过相位发生电路3后产生相位信号，同时该脉冲/方向信号通过脉冲/方向计数电路2后，产生的计数结果控制逻辑开关电路4的逻辑开关，产生实时的十细分正/余弦基准波，将该基准波与双H桥驱动电路9的电流实时取样值送入脉宽调制信号发生电路7，产生斩波脉宽调制信号，再将该脉宽调制信号与相位信号送入双H桥驱动电路9，对绕组进行驱动。
一个具体的实施例如图2所示，图中名称相同的连接端相连，工作原理简述如下外部输入的电源通过电容C21，C22滤波后接到双H桥驱动电路MOS4～MOS7的D极，为步进电机提供供电电源。同时，滤波后的输入的电源电压通过控制电源发生电路8中的三端稳压器U13(TL783)产生VDD2为+16V，VDD2用于给十细分正/余弦基准波发生电路提供基准波供电电压。VDD2通过电阻R36接到U14(78L12)的输入端，由U14产生VDD为+12V，为各逻辑电路提供供电电压。同时，VDD通过限流电阻R38产生VDD1，为双H桥驱动电路9的驱动ICU9～U12(IR2104)提供供电电压。
外部输入的位置/转向控制信号经过脉冲/方向发生电路1中的光电耦合器U1(QTC2530)后，产生隔离的脉冲/方向信号，脉冲信号经由U4(CD40106)整形反向后，与方向信号一起用于后面的脉冲/方向计数电路2和相位发生电路3。在脉冲/方向发生电路1中，R5，R6为上拉电阻，C1用于电源滤波。
外部输入的使能信号DISABLE在悬空时为高电位，对双H桥驱动电路9中的驱动IC U9～U12不起作用。当信号接地时，可以关断U9～U12，使电机处于自由状态，方便位置调节。
OUTA，OUTB，OUTC，OUTD为驱动电路输出信号，直接接两相步进电机的两个绕组。
经过脉冲/方向发生电路1产生的脉冲/方向信号，送入脉冲/方向计数电路2中的十进制计数器U7(CD4029)的第15脚，作为计数时钟，每计10个脉冲U7的第7脚产生一个进位信号CARRY OUT，送入相位发生电路3，用于产生相位信号。U7的输出脚Pin6-Q1，Pin11-Q2，Pin14-Q3，Pin2-Q4通过传输电阻R65～R68送入十细分正/余弦基准波发生电路中的1～10解码器U8(CD4028)，通过选通O0～O9共10个通道，对电阻网络R45～R64拉地或置位，产生不同的电压分压，制造10个电压台阶，模拟出十细分正/余弦基准波REF1，REF2。通过调节可调电阻R42，可以改变REF1，REF2的直流偏压，使不同电机都可以达到最平稳的运行特性。
当有脉冲信号时，脉冲信号打开半流电路5中的MOS3，C5，C6对MOS3放电，MOS1，MOS2关闭，REF1，REF2保持不变；当没有脉冲信号时，R15对C5，C6充电，当电压充到MOS1，MOS2的导通阀值电压时，MOS1，MOS2开通，REF1，REF2对地并上电阻R13，R14，使REF1，REF2电压值减半，控制回路产生的驱动信号使电机电流减半。这种方式使得步进电机在待机状态时功耗减少，既延长了电机的使用寿命，又节约了电能。
经过脉冲/方向发生电路1产生的脉冲/方向信号，送入相位发生电路3中的2进制计数器U6(CD4029)的第15脚，作为时钟信号，而方向信号则送入第10脚，作为加/减计数信号。由于U7的第7脚产生的进位信号CARRY OUT送入了U6的第5脚CARRY IN，使U6的计数输出Pin6-Q1为每10个脉冲一个高电位，然后每10个脉冲一个低电位，如此循环。U6的计数输出Pin11-Q2则为每20个脉冲一个高电位，然后每20个脉冲一个低电位，如此循环。将Q2作为A相相位信号，Q2与Q1相异或后得到的信号作为B相相位信号。
在三角波发生电路6中，电阻R32通过D2对C14充电，C14上的电压送入U5(LM339)的第10脚，而经过电阻R27，R28，R29分压后的电压送入U5的第11脚。两个电压相比较，如果第11脚的电压大于第10脚的电压，则U5的第13脚输出高电位。该信号通过U4变为低电位后，不能开通Q5基极，于是R32通过D2继续对C14充电。当C14上的电压大于U5的第11脚的电压时，比较器翻转，U5的第13脚输出低电位。该信号通过U4变为高电位后，开通Q5基极，于是C14通过Q5放电。如此循环，U5的第13脚上就得到一个恒定频率的方波，而C14上就得到一个恒定频率的三角波。将该三角波通过C15，Q6以及R34/C17和R35/C16叠加到电机绕组电流反馈信号IS1，IS2上，以作恒流斩波用。
将电机绕组电流反馈信号IS1，IS2，以及十细分正/余弦基准波REF1，REF2分别送入脉宽调制信号发生电路7中的U5的第6，4，7，5脚作比较，由U5的第1，2脚输出脉宽调制信号波形，用于双H桥驱动电路的斩波驱动。
U5输出的脉宽调制信号波形，送入双H桥驱动电路9中。通过与U5第13脚输出的方波的反向信号(该信号通过U4反向)相与后，解出未叠加恒频三角波前的斩波脉宽调制信号，再与U6的Pin11-Q2输出的A相相位信号和U3的Pin10输出的B相相位信号相异或，得到两路双H桥斩波驱动信号。将该两路双H桥斩波驱动信号通过U4反向后，得到另外两路双H桥斩波驱动信号，共四路双H桥斩波驱动信号。其中，U3(CD4070)的第3脚输出送入U12的Pin2，驱动MOS7，MOS11；U3的第4脚输出送入U10的Pin2，驱动MOS5，MOS9；U4的第10脚输出送入U9的Pin2，驱动MOS4，MOS8；U4的第12脚输出送入U11的Pin2，驱动MOS6，MOS10。
在双H桥驱动电路9中，D5/C29，D6/C30，D7/C31，D8/C32分别用于U9～U12的高端电压提升。R74，R77为电流取样电阻。R73/C33，R76/C34用于对取样电阻上的电压作简单的RC滤波。
权利要求1.超小型十细分两相步进电机驱动器，包括依次相连的脉冲/方向发生电路(1)、脉冲/方向计数电路(2)、相位发生电路(3)、双H桥驱动电路(9)，其特征是还包括有与脉冲/方向计数电路(2)、相位发生电路(3)、双H桥驱动电路(9)相连接的恒流斩波控制电路。
2.根据权利要求1所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征在于恒流斩波控制电路由半流电路(5)、三角波发生电路(6)、脉宽调制信号发生电路(7)和十细分正/余弦基准波发生电路组成。
3.根据权利要求2所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征在于所述的十细分正/余弦基准波发生电路包括有逻辑开关电路(4)和基准波电阻网络电路(10)，逻辑开关电路(4)的输出与基准波电阻网络电路(10)的输入相连。
4.根据权利要求3所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是所述的基准波电阻网络电路(10)连接一个可调电阻，通过调节可调电阻改变十细分正/余弦基准波发生电路的直流偏压。
5.根据权利要求1所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是所述输出和脉冲/方向计数电路(2)采用二/十进制计数器实现脉冲计数。
6.根据权利要求1所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是相位发生电路(3)采用二/十进制计数器和异或电路实现相位信号。
7.根据权利要求2所述的超小型十细分两相步进电机驱动器，其特征是脉宽调制信号发生电路(7)采用比较器电路和与电路以及异或电路实现脉宽调制信号输出。
专利摘要本实用新型公开了一种超小型十细分两相步进电机驱动器，解决了步进电机的高速运行问题，包括依次相连的脉冲/方向发生电路(1)，脉冲/方向计数电路超小型十细分两相步进电机驱动电路(2)，相位发生电路(3)，双H桥驱动电路(9)，还包括有恒流斩波控制电路，恒流斩波控制电路由半流电路(5)，三角波发生电路(6)，脉宽调制信号发生电路(7)和十细分正/余弦基准波发生电路组成，所述的十细分正/余弦基准波发生电路包括有逻辑开关电路(4)和基准波电阻网络电路(10)，逻辑开关电路(4)的输出与基准波电阻网络电路(10)的输入相连，具有电机定位精确、运行平稳、电路体积小、成本低等优点。
文档编号H02P8/14GK2562495SQ0227168
公开日2003年7月23日 申请日期2002年7月8日 优先权日2002年7月8日
发明者古进, 李卫平 申请人:深圳市雷赛机电技术开发有限公司