一种步进电机的驱动电路的制作方法

本实用新型涉及步进电机技术领域，更具体地说，它涉及一种步进电机的驱动电路。

背景技术：

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。

步进电机的驱动器能够为步进电机供电并提供控制时序，步进电机在动作后会对供电电源的电流产生较大的影响，但是现有的驱动器中没有对供电电源的电流进行检测的部件，因此无法检测到供电电源中电流的变化情况。

技术实现要素：

针对现有的技术问题，本实用新型提供一种步进电机的驱动电路，其具有能检测步进电机的供电电源中电流状况的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种步进电机的驱动电路，包括直流电源电路、控制中心电路、电流检测电路以及驱动执行电路；

直流电源电路的输入端电连接有电机直流电源，直流电源电路具有多组电压不同的直流电压输出端，其中一个直流电压输出端上电连接有降压芯片，降压芯片具有直流芯片输出端，直流电源电路中的所有负极均电连接；

控制中心电路包括具有多个电源引脚、多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片，电源引脚与直流芯片输出端电连接，输入引脚与电流检测电路电连接，控制引脚与驱动执行电路电连接；

电流检测电路包括依次电连接的测量芯片组件、比较输出组件以及控制输出组件，测量芯片组件用于串联在电机直流电源的正极上采集电流信号，比较输出组件用于比较电流信号得出结果信号，控制输出组件与一个输入引脚电连接，用于控制是否将结果信号发送给控制芯片；

驱动执行电路包括依次电连接的驱动输入组件以及电机驱动组件，驱动输入组件有多个，驱动输入组件与控制中心电路的多个控制引脚电连接，电机驱动组件与电机电连接。

通过上述技术方案，直流电源电路提供使电路正常工作的工作电源，多组电压不同的直流电压输出端能够满足电路中工作电压不同的芯片，控制中心电路通过控制引脚向驱动执行电路发送控制步进电机的信号，控制中心电路的输入引脚够接收电流检测电路的结果信号，能够检测步进电机的供电电源中电流状况，方便控制芯片对供电电源的电流进行监控。

进一步的，测量芯片组件包括具有八个引脚的ACS712ELCTR-20A-T电流芯片，电流芯片的引脚一与引脚二电连接，引脚一与电机直流电源的正极电连接，引脚三与引脚四电连接，引脚三与电机驱动组件电连接，引脚五与直流电压输出端的负极电连接，引脚六通过电容C49与引脚五电连接，引脚七为电流信号的输出端，引脚八与直流电压输出端的正极电连接；

比较输出组件包括具有八个引脚的MCP6002运算放大器芯片，运算放大器芯片的引脚八与直流芯片输出端的正极电连接，引脚四与直流芯片输出端的负极电连接，引脚二与电流信号的输出端电连接，引脚二还通过电阻R55与一个输入引脚的距离，引脚三通过电阻R56与直流电压输出端的正极电连接，引脚三通过电阻R60与直流电压输出端的负极电连接，引脚一为结果信号的输出端；

控制输出组件包括具有十四个引脚的74HC08输出芯片以及三极管Q4，输出芯片的引脚一与引脚二以及结果信号的输出端均电连接，引脚三与一个输入引脚电连接，引脚三通过电阻R163与三极管Q4的基极均电连接，三极管Q4的基极通过电阻R173与直流芯片输出端的负极电连接，三极管Q4的发射极与直流芯片输出端的负极电连接，三极管Q4的集电极通过电阻R172与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q4的集电极还与一个输入引脚以及输出芯片的引脚九均电连接，引脚十与一个控制引脚电连接，引脚八与一个输入引脚以及引脚十二电连接，引脚十三与一个控制引脚电连接，引脚十一与引脚四以及引脚五均电连接，引脚六与一个输入引脚电连接。

通过上述技术方案，电流芯片采集得到电流信号，并将电流信号发送给运算放大器，经由运算放大器转换为结果信号，而控制输出组件对结果信号进行稳定后受控制引脚的控制以输出结果信号给控制芯片。

进一步，输出芯片的引脚十通过电阻R92与直流芯片输出端的正极电连接，引脚十三通过电阻R169与直流芯片输出端的负极电连接，引脚六通过电阻R170与直流芯片输出端的负极电连接。

通过上述技术方案，当控制引脚或者输出芯片的引脚上为悬空状态时，电阻R92能给出一个高电平的信号，起到上拉电阻的作用；电阻R169与电阻R170能给出一个低电平的信号，避免引脚出现悬空的状态，起到了下拉电阻的作用。

进一步的，驱动输入组件包括电阻R120、电阻R127以及电容C88，一个控制引脚通过依次串联的电阻R120与电阻R127电连接直流电压输出端的负极，电容C88并联在电阻R127的两端；

电机驱动组件采用PS21765芯片，PS21765芯片具有多个控制信号引脚以及多个控制输出引脚，每个控制信号引脚均电连接有一个驱动输入组件，电阻R120与电阻R127的连接点与控制信号引脚电连接，控制输出引脚与电机上的引脚电连接。

通过上述技术方案，使用驱动输入组件以及与集成的电机驱动组件，能够降低电路中的元器件数量，达到降低电路板体积的目的。

进一步的，还设置有报警电路，报警电路包括电阻R57、三极管Q2、电阻R48、具有四个引脚的光耦P7、三极管Q1、电阻R38以及半导体二极管D1；

电阻R57的一端与一个控制引脚电连接，其另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q2的集电极通过电阻R48与光耦P7的引脚一电连接，光耦P7的引脚二与直流芯片输出端的负极电连接；

光耦P7的引脚三通过电阻R38与半导体二极管D1的正极电连接，引脚三还与三极管Q1的基极电连接，引脚四与三极管Q1的集电极以及半导体二极管D1的负极均电连接，三极管Q1的发射极与半导体二极管D1的正极电连接，三极管Q1的正极与负极输出报警差分信号。

通过上述技术方案，当控制芯片与电阻R57电连接的一个控制引脚输出低电平信号时，三极管Q2导通，光耦P7的引脚一与引脚二之间导通，引脚三与引脚四之间也导通，使得半导体二极管D1的正极与负极之间实现电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间变得没有压差；当控制芯片与电阻R57电连接的一个控制引脚输出高电平信号时，三极管Q2断开，光耦P7的引脚一与引脚二之间断开，引脚三与引脚四之间也断开，使得半导体二极管D1的正极与负极之间没有电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间具有正常的压差；让外界能识别差分信号的设备识别出差分信号的变化，实现报警的目的。

进一步的，控制中心电路还电连接有控制存储组件，所述控制存储组件包括：与控制芯片通过IIC总线电连接的存储芯片，存储芯片具有八个引脚，引脚一、引脚二、引脚三、引脚四以及引脚七均与直流芯片输出端的负极电连接，引脚五与一个控制引脚电连接，引脚六与另一个控制引脚电连接，引脚八与直流芯片输出端的正极电连接；

引脚五通过电阻R30与直流芯片输出端的正极电连接，引脚六通过电阻R21与直流芯片输出端的正极电连接。

通过上述技术方案，控制芯片通过IIC总线与存储芯片进行通信，从而在存储芯片内读取或者存储数据。

进一步的，直流芯片输出端的正极与负极之间电连接有多个滤波电容。

通过上述技术方案，滤板电容能够提高直流芯片输出端的电压拨动幅度，还能滤去电压波形上的尖峰毛刺，提高工作电源的质量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：直流电源电路提供使电路正常工作的工作电源，多组电压不同的直流电压输出端能够满足电路中工作电压不同的芯片，控制中心电路通过控制引脚向驱动执行电路发送控制步进电机的信号，电流芯片采集得到电流信号，并将电流信号发送给运算放大器，经由运算放大器转换为结果信号，而控制输出组件对结果信号进行稳定后受控制引脚的控制以输出结果信号给控制芯片。当控制引脚或者输出芯片的引脚上为悬空状态时，电阻R92能给出一个高电平的信号，起到上拉电阻的作用；电阻R169与电阻R170能给出一个低电平的信号，避免引脚出现悬空的状态，起到了下拉电阻的作用，保证了结果信号的确定性，控制中心电路的输入引脚够接收电流检测电路的结果信号，能够检测步进电机的供电电源中电流状况，方便控制芯片对供电电源的电流进行监控。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电路框图；

图2为本实用新型实施例电机直流电源与控制存储组件的电路原理图；

图3为本实用新型实施例直流电压输出端与降压芯片的电路原理图；

图4为本实用新型实施例控制芯片的电路原理图；

图5为本实用新型实施例电流检测电路的电路原理图；

图6为本实用新型实施例驱动输入组件与电机驱动组件的电路原理图；

图7为本实用新型实施例报警电路的电路原理图。

附图标记：100、直流电源电路；110、电机直流电源；120、直流电压输出端；130、降压芯片；200、控制中心电路；210、控制芯片；220、控制存储组件；300、电流检测电路；310、测量芯片组件；320、比较输出组件；330、控制输出组件；400、驱动执行电路；410、驱动输入组件；420、电机驱动组件；500、报警电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

实施例

一种步进电机的驱动电路，如图1所示，包括直流电源电路100、控制中心电路200、电流检测电路300、驱动执行电路400以及报警电路500。

如图2与图3所示，直流电源电路100采用由UC3848B芯片及外围电路组成的直流开关电源电路，使用UC3848B芯片组成的开关电源芯片为现有技术中常用的开关电源电路。直流电源电路100的输入端电连接有由整流桥芯片GBJ1510将交流电整流成直流而成的电机直流电源110，直流开关电源电路的正极为DC+，负极为0V。直流电源电路100具有多组电压不同的直流电压输出端120，开关电源电路输出有多路电源，部分路线为7.5V电源，部分路线为8V电源，部分路线为15V电源。其中7.5V的直流电压输出端120上电连接有降压芯片130，降压芯片130采用具有三个引脚的1117M3-5.0芯片，其一个引脚与7.5V电源电连接，一个引脚与0V电连接，另一个引脚为5V的电压。其中5V的电压输出端上电连接有降压芯片130，降压芯片130采用具有三个引脚的1117M3-3.3芯片，其一个引脚与5V电源电连接，一个引脚与0V电连接，另一个引脚为3.3V的直流芯片输出端，直流电源电路100中的所有负极均电连接；直流芯片输出端的正极与负极之间电连接有多个滤波电容。滤板电容能够提高直流芯片输出端的电压拨动幅度，还能滤去电压波形上的尖峰毛刺，提高工作电源的质量。

如图4所示，控制中心电路200包括具有多个电源引脚、多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片210。控制芯片210可采用MCU或者DSP，本实施例中采用型号为TMS320F28034PNT的DSP及外围电路作为控制芯片210。电源引脚与3.3V的直流芯片输出端电连接，一个输入引脚与电流检测电路300电连接，用于接收电流检测电路300发送过来的信号，控制引脚与驱动执行电路400电连接，用于向驱动执行电路400发送控制信号让步进电机转动。

如图2所示，控制中心电路200中控制芯片210的还通过IIC总线电连接有控制存储组件220，控制存储组件220包括与控制芯片210通过IIC总线电连接的存储芯片，存储芯片采用具有八个引脚的24C02。24C02为串行E2PROM，是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。存储芯片的引脚一、引脚二、引脚三、引脚四以及引脚七均与直流芯片输出端的负极电连接，引脚五与一个控制引脚电连接，引脚六与另一个控制引脚电连接，引脚八与直流芯片输出端的正极电连接。引脚五通过电阻R30与直流芯片输出端的正极电连接，引脚六通过电阻R21与直流芯片输出端的正极电连接。控制芯片210通过IIC总线与存储芯片进行通信，从而在存储芯片内读取或者存储数据。电阻R21与电阻R30为IIC总线的上拉电阻，他们能够使IIC总线上的数据更稳定。

如图5所示，电流检测电路300包括依次电连接的测量芯片组件310、比较输出组件320以及控制输出组件330。

测量芯片组件310用于串联在电机直流电源110的正极上采集电流信号，测量芯片组件310包括具有八个引脚的ACS712ELCTR-20A-T电流芯片，电流芯片的引脚一与引脚二电连接，引脚一与电机直流电源110的正极即DC+电连接，电流芯片的引脚三与引脚四电连接，引脚三为DC1+与电机驱动组件420电连接，引脚五与5V的直流电压输出端120的负极电连接，引脚六通过电容C49与引脚五电连接，引脚七为电流信号的输出端，引脚八与5V的直流电压输出端120的正极电连接。ACS712ELCTR-20A-T电流芯片完全基于霍尔感应的原理设计，由一个精确的低偏移线性霍尔传感器电路与位于接近IC表面的铜箔组成，电流流过铜箔时，产生一个磁场,霍尔元件根据磁场感应出一个线性的电压信号，经过内部的放大、滤波、斩波与修正电路，输出一个内容为电压数值的信号，该信号从引脚七输出，直接反应出流经铜箔电流的大小。ACS712根据尾缀的不一样，量程分为三个规格：±5A、±20A、±30A。输入与输出在量程范围内为良好的线性关系，其系数Sensitivity分别为，185mV/A、100mV/A、66mV/A。因为斩波电路的原因，其输出将加载于0.5*Vcc上。ACS712的Vcc电源一般建议采用5V。输出与输入的关系为Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。一般输出的电压信号介于0.5V~4.5V之间。

比较输出组件320用于比较电流信号得出结果信号，比较输出组件320包括具有八个引脚的MCP6002运算放大器芯片，运算放大器芯片的引脚八与直流芯片输出端的正极电连接，引脚四与直流芯片输出端的负极电连接，引脚二与电流信号的输出端电连接，引脚二还通过电阻R55与一个输入引脚的距离，引脚三通过电阻R56与5V的直流电压输出端120的正极电连接，引脚三通过电阻R60与5V的直流电压输出端120的负极电连接，引脚一为结果信号的输出端。

控制输出组件330与一个输入引脚电连接，用于控制是否将结果信号发送给控制芯片210。控制输出组件330包括具有十四个引脚的74HC08输出芯片以及三极管Q4，74HC08输出芯片的电源引脚与直流芯片输出端电连接，输出芯片的引脚一与引脚二以及结果信号的输出端均电连接，引脚三与一个输入引脚电连接，引脚三通过电阻R163与三极管Q4的基极均电连接，三极管Q4的基极通过电阻R173与直流芯片输出端的负极电连接，三极管Q4的发射极与直流芯片输出端的负极电连接，三极管Q4的集电极通过电阻R172与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q4的集电极还与一个输入引脚以及输出芯片的引脚九均电连接，引脚十与一个控制引脚电连接，引脚十通过电阻R92与直流芯片输出端的正极电连接。引脚八与一个输入引脚以及引脚十二电连接，引脚十三与一个控制引脚电连接，引脚十三通过电阻R169与直流芯片输出端的负极电连接，引脚十一与引脚四以及引脚五均电连接，引脚六与一个输入引脚电连接，引脚六通过电阻R170与直流芯片输出端的负极电连接。

如图6所示，驱动执行电路400包括依次电连接的驱动输入组件410以及电机驱动组件420，驱动输入组件410与控制中心电路200的多个控制引脚电连接，电机驱动组件420与电机电连接。驱动输入组件410包括电阻R120、电阻R127以及电容C88，一个控制引脚通过依次串联的电阻R120与电阻R127电连接一个直流电压输出端120的负极，电容C88并联在电阻R127的两端。电机驱动组件420采用PS21765芯片以及其外围电路，PS21765是一种结构非常紧凑的智能功率模块，采用压注模封装技术，便于大批量生产。PS21765内部集成了IGBT硅片、栅极驱动及保护电路。PS21765非常适用于交流100~200V级小容量电机的变频控制。PS21765芯片具有多个控制信号引脚以及多个控制输出引脚，每个控制信号引脚均电连接有一个驱动输入组件410，电阻R120与电阻R127的连接点与控制信号引脚电连接，控制输出引脚与电机上的引脚电连接。PS21765芯片的引脚三十七与ACS712ELCTR-20A-T电流芯片的引脚一电连接。

如图7所示，报警电路500包括电阻R57、三极管Q2、电阻R48、具有四个引脚的光耦P7、三极管Q1、电阻R38以及半导体二极管D1。半导体二极管D1采用BAT54C芯片。光耦P7采用具有四个引脚的EL357(B)。

电阻R57的一端与一个控制引脚电连接，其另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q2的集电极通过电阻R48与光耦P7的引脚一电连接，光耦P7的引脚二与直流芯片输出端的负极电连接。

光耦P7的引脚三通过电阻R38与半导体二极管D1的正极电连接，引脚三还与三极管Q1的基极电连接，引脚四与三极管Q1的集电极以及半导体二极管D1的负极均电连接，三极管Q1的发射极与半导体二极管D1的正极电连接，三极管Q1的正极与负极输出报警差分信号。

当控制芯片210与电阻R57电连接的一个控制引脚输出低电平信号时，三极管Q2导通，光耦P7的引脚一与引脚二之间导通，引脚三与引脚四之间也导通，使得半导体二极管D1的正极与负极之间实现电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间变得没有压差。当控制芯片210与电阻R57电连接的一个控制引脚输出高电平信号时，三极管Q2断开，光耦P7的引脚一与引脚二之间断开，引脚三与引脚四之间也断开，使得半导体二极管D1的正极与负极之间没有电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间具有正常的压差；让外界能识别差分信号的设备识别出差分信号的变化，实现报警的目的。

步进电机的驱动电路的工作过程为：直流电源电路100提供多组高质量的工作电源，如3.3V、5V、7.5V、15V的工作电源，这些工作电源能够满足电路中工作电压不同的芯片。电流芯片采集电流信号，电流信号的内容为电压值，电压值经过运算放大器的稳定与放大后形成结果信号，控制输出组件330对结果信号进行再次稳定后受控制引脚的控制以输出结果信号给控制芯片210，控制中心电路200通过控制引脚向驱动执行电路400发送控制电机的信号，保证了结果信号的确定性，控制中心电路200的输入引脚够接收电流检测电路300的结果信号，能够检测步进电机的供电电源中电流状况，方便控制芯片210对供电电源的电流进行监控。使用集成的驱动输入组件410以及电机驱动组件420作为驱动执行电路400，能降低电路板上元器件的数量以及电路板的体积。DSP还能通过控制引脚发出报警信号，让报警电路500提示员工发生电路发生异常状态。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。