专利名称：高速步进电机的驱动装置的制作方法
技术领域：
高速步进电机的驱动装置
技术领域：
本实用新型涉及自动控制技术领域中执行器件的步进电机，尤其涉及一种 高速步进电机的驱动装置。
背景技术：
步进电机的性能是由电机本体和驱动装置两者配合决定的，目前的步进电
机驱动装置主要有两种实现方案 一种方案是基于金属氧化物半导体场效应管 (MOSFET)等分立器件来实现；另 一种方案是基于专用集成电路(ASIC)来实 现。
但是，釆用以上两种方案的步进电机驱动装置均存在以下缺点首先，驱 动装置的输出端一般为晶体管输出或MOSFET输出，输出电压较低， 一般在40V
左右；其次，使用这些驱动装置驱动步进电机时，步进电机在高速状态下输出 转矩比低速状态衰减较多，输出转矩很小。输出电压低、输出转矩小会导致输 出轴负载能力较小，在负载较大时会影响转速或造成爬行现象，降低步进电机 的性能。
实用新型内容
有鉴于此，有必要提供一种高速步进电机的驱动装置，该驱动装置可以输 出高电压，并且驱动步进电机时可以使其在高速状态下也能输出高转矩，以达 到提高步进电机性能的目的。
为达到上述目的，提出以下的技术方案
一种高速步进电机的驱动装置，包括接口模块、步进电机控制芯片、驱动 放大模块和桥臂
所述接口模块接收控制信号，并将所述控制信号传递到所述步进电机控制
芯片;所述步进电机控制芯片将所述控制信号进行处理后输入驱动放大模块；所 述驱动放大模块与所述步进电机控制芯片相连将所述控制信号进行放大后输入桥臂；所述桥臂与所述驱动放大模块相连根据其主电源电压及放大后的所述控 制信号输出对应电压到步进电机端子，所述桥臂包括上半桥和下半桥，所述上 半桥和下半桥为绝缘栅双极型功率管。
在一个实施例中，还包括光电耦合芯片，所述光电耦合芯片与接口模块相 连并接收所述控制信号、对所述控制信号进行光电转换及将所述控制信号传递 到所述步进电机控制芯片。
在一个实施例中，所述光电耦合芯片的输入端为发光二极管，输出端为晶 体管。
在一个实施例中，还包括取样电阻；
所述桥臂下半桥经取样电阻接地，所述取样电阻一端与所述步进电机控制 芯片相连并输出电流信号至所述步进电机控制芯片，所述步进电机控制芯片对 电流信号进行斩波恒流的处理。
在一个实施例中，所述步进电机控制芯片对所述电流信号进行脉冲分配、 细分的处理。
在一个实施例中，所述步进电机控制芯片釆用单片机或微控制器实现。 在一个实施例中，所述驱动放大模块和桥臂均集成于智能功率模块。 从以上技术方案可以看出，高速步进电机的驱动装置中桥臂的输出电压直 接与步进电机端子相连，而桥臂为上下两个半桥绝缘栅双极型功率管。绝缘栅 双极型功率管是一种中大功率器件，与MOSFET相比，绝缘栅双极型功率管能输 出更高的电压。这样，步进电机在工作时就处于高输入电压状态。进一步，由 于步进电机在高输入电压作用下电路时间常数减小，从而输入电机绕组的电流 增大，输出转矩也相应增大，因此由本驱动装置驱动的步进电机在高速状态下 也实现了高输出转矩，使步进电机具有更良好的性能。
图i为高速步进电机的驱动装置的结构框图2为高速步进电机的驱动装置中取样电阻电路图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例及说明书附图进行详细的描述。
如图1所示，高速步进电机的驱动装置主要包括接口模块、步进电机控制 芯片、驱动放大模块和桥臂。
一、 接口模块
接口模块接收控制信号，并将控制信号传递到步进电机控制芯片。接口模 块接收从控制器发送过来的控制信号，如时钟脉冲信号、方向信号等信号，控 制器一般为单片机、数字信号处理器(DSP)等。控制器发出的各种控制信号如 时钟信号、方向信号等，由接口模块接收，并输入到步进电机控制芯片的输入 端。
二、 步进电机控制芯片
步进电机控制芯片将控制信号进行处理后输入驱动放大模块。步进电机控 制芯片主要用于实现斩波恒流功能和脉冲分配、细分功能。通过步进电机控制 芯片之后，控制器控制信号才具有驱动电机大电流的能力。
斩波恒流功能如图2所示，桥臂包括上半桥100和下半桥200，桥臂下半桥 200经取样电阻300接地，取样电阻输出电流信号，步进电机控制芯片对电流信 号进行斩波恒流的处理。桥臂下半桥200即低压侧经取样电阻300接地，该取样 电阻300检测输出电流信号，该信号同时也与步进电机控制芯片相连，反馈输出 电流情况。步进电机控制芯片对电流信号进行处理，可实现斩波恒流功能。斩 波恒流功能是使用斩波技术，调节电机的电流，使它变化更平滑，不会发生突 变，从而使得步进电机的运动更平稳。
脉冲分配、细分功能步进电机控制芯片对电流信号进行脉冲分配、细分 的处理。脉冲分配、细分的意义在于将步进电机步距角变小，即每步的运动角 度变小，这样相当于步进电机每步的动作变细了，但频率加快。使得运动更平 滑，分辨率更高。
在实际应用中，为节省成本，步进电机控制芯片可采用单片机或其它微控 制器来实现。
三、 驱动放大模块和桥臂
5驱动放大模块接收经步进电机控制芯片处理后的控制信号，经过放大后， 驱动桥臂工作。桥臂根据其主电源电压及控制信号输出对应电压到步进电机端 子。桥臂包括上半桥和下半桥，本实施方式中，上半桥和下半桥都采用绝缘栅 双极型功率管(IGBT)。
步进电机控制芯片输出的控制信号通过驱动放大模块放大，可以直接输入
到桥臂的输入端；桥臂根据其主电源电压及输入端信号的情况，输出对应电压； 桥臂的输出电压直接与步进电机端子相连。而桥臂包括上下两个半桥IGBT。
IGBT是一种中大功率器件，其输出电压较高。这样，步进电机在工作时就 处于高输入电压状态。由于步进电机在高输入电压作用下电路时间常数减小， 从而输入电机绕组的电流增大，输出转矩也相应增大，因此由本驱动装置驱动 的步进电机在高速状态下也实现了高输出转矩。
在优选的实施例中，驱动放大模块和桥臂均集成于智能功率模块UPM), 这样，智能功率模块(IPM)内部包含桥臂及其驱动放大模块，其中桥臂为IPM 的输出。
智能功率模块不仅可以采用IGBT及其相应驱动放大模块来实现，还可以通 过分立器件来实现。
如图1所示，在优选的实施例中，高速步进电机的驱动装置还包括光电耦 合芯片，光电耦合芯片的输入端与接口模块相连，输出端与步进电机控制芯片 相连。光电耦合芯片用于接收控制信号，并将控制信号进行光电转换后，传递 到步进电机控制芯片。
光电耦合芯片接收控制信号并实现控制信号与后续电路的光电隔离，防止 干扰。光电耦合芯片输入端是发光二极管，输出端是晶体管输出。输入端信号 经光电转换号通过输出端输出，这样输入信号与输出信号之间就做到了光电隔 离，互不干扰。
本实施例中，光电耦合芯片输出与输入之间的逻辑关系为输出等于输入。 光电耦合芯片的输出信号输入到步进电机控制芯片。高速步进电机的驱动装置可通过光电耦合芯片接收来自控制器如单片机、 数字信号处理器(DSP)等的信号，并且不会对控制器有任何干扰。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和 详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以 做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型 专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1、一种高速步进电机的驱动装置，其特征在于，包括接口模块、步进电机控制芯片、驱动放大模块和桥臂所述接口模块接收控制信号，并将所述控制信号传递到所述步进电机控制芯片；所述步进电机控制芯片将所述控制信号进行处理后输入驱动放大模块；所述驱动放大模块与所述步进电机控制芯片相连将所述控制信号进行放大后输入桥臂；所述桥臂与所述驱动放大模块相连根据其主电源电压及放大后的所述控制信号输出对应电压到步进电机端子，所述桥臂包括上半桥和下半桥，所述上半桥和下半桥为绝缘栅双极型功率管。
2、 根据权利要求i所述的高速步进电机的驱动装置，其特征在于，还包括 光电耦合芯片，所述光电耦合芯片与接口模块相连并接收所述控制信号、对所 述控制信号进行光电转换及将所述控制信号传递到所述步进电机控制芯片。
3、 根据权利要求2所述的高速步进电机的驱动装置，其特征在于，所述光电耦合芯片的输入端为发光二极管，输出端为晶体管。
4、 根据权利要求i所述的高速步进电机的驱动装置，其特征在于，还包括 取样电阻；所述桥臂下半桥经取样电阻接地，所述取样电阻一端与所述步进电机控制 芯片相连并输出电流信号至所述步进电机控制芯片，所述步进电机控制芯片对 电流信号进行斩波恒流的处理。
5、 根据权利要求4所述的高速步进电机的驱动装置，其特征在于，所述步 进电机控制芯片对所述电流信号进行脉冲分配、细分的处理。
6、 根据权利要求l所述的高速步进电机的驱动装置，其特征在于，所述步 进电机控制芯片采用单片机或微控制器实现。
7、 根据权利要求1至6中任一项所述的高速步进电机的驱动装置，其特征在于，所述驱动放大模块和桥臂均集成于智能功率模块。
专利摘要本实用新型公开了一种高速步进电机的驱动装置，包括接口模块、步进电机控制芯片、驱动放大模块和桥臂所述接口模块接收控制信号，并将所述控制信号传递到所述步进电机控制芯片；所述步进电机控制芯片将所述控制信号进行处理后输入驱动放大模块；所述驱动放大模块与所述步进电机控制芯片相连将所述控制信号进行放大后输入桥臂；所述桥臂与所述驱动放大模块相连根据其主电源电压及放大后的所述控制信号输出对应电压到步进电机端子，所述桥臂包括上半桥和下半桥，所述上半桥和下半桥为绝缘栅双极型功率管。本实用新型的驱动装置输出电压高，且由本驱动装置驱动的步进电机在高速状态下也实现了高输出转矩，使步进电机具有更良好的性能。
文档编号H02P8/12GK201323549SQ200820235249
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者彭振兴, 杜如虚, 谢小辉, 翠 马 申请人:深圳先进技术研究院