专利名称：有电压自举和能量再生功能的脉冲驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明提出的属于机电控制电子产品中的脉冲驱动电路，主要应用于步进电动机等电感性负载的脉冲驱动。
在对步进电机等感性负载的脉冲驱动中，主要技术关键是如何克服电感负载对脉冲驱动电流前后沿的影响，改善矩频特性，提高工作频率。通常的办法是提高驱动电压，因此有单低驱动、单高压驱动和高低压驱动等各种驱动电源，如专利号86202716和专利号91206837提出的驱动电源。这些电源，因为电压的提高，电源输入功率加大，使功耗大、电路复杂、成本高体积大，限制了步进电机的推广和使用范围。为了克服这些缺点，又产生新的驱动电源，如专利号91206837的《单电压斩波型步进电机驱动电源》和专利号88105389的《高效步进电机驱动电源》它们是采取在驱动脉冲前沿电流上升以后，频繁关断高压电路的方法得到降低驱动电压的效果，从而省去了限流电阻，减少电阻的功耗，但是这种电源仍然要高压驱动，只是以高压电源供电代替了低压供电，而且这种高压状态下频繁开关的方法，对电路器件要求高。因此又增加了高压驱动控制的难度。专利号87104760的《节能式步进电机驱动电源》用±7伏电源供电，功耗低、驱动电路简单可靠，但它只能工作在低频状态，失掉了高频工作功能，而且两个7伏电源比一个14伏电源的成本要高。本发明提出的一个新的设计思想，即如何实现以低压小功率供电，达到高压供电的效果;如何在减少热功耗的同时进一步回收能量。实现既提高高频工作特性，又降低功耗、减少体积，因此本发明提出的有电压自举和能量再生功能的脉冲驱动电路有独特的新颖性和明显全面地改进，其特征在于在以电感为负载的脉冲驱动电路中，采用若干组由二极管和电阻、电容所组成的积分电路，跨接在开关电路的两端。当驱动电流关断时，该电路成为低阻抗的续流电路，而且利用二极管的单向导电性，将电感负载的磁场能产生的感生电能存贮在电容中，形成电路中的动态电源。由于利用了电路的自感，把这些电源的电压提升到远高于供电电源电压，通过调整RC的时间常数和积分电路的级数，使这些电源在一定的工作频率下达到电路对电压和容量的要求，应用到脉冲驱动的动态过程中。从而实现了以单电源供电具有多电源供电的效果;用低压供电有高低压供电的效果;以小功率供电有较大功率供电的效果。而且还使电路更加简单。因此能明显的节约电能，提高技术性能，降低成本，缩小体积。
本发明提出在脉冲驱动电源中的能量回收和动态供电的基本特征是将电容5与二极管4串联后接在低压开关管3的集电极与地之间;将电容7与稳压管6和二极管4串联后接在低压开关管3的集电极与地之间;将电容9与电阻8、稳压管6、二极管4串联后接到低压开关管3的集电极与地之间;电阻10与二极管11的并联电路，在与电阻8、稳压管6、二极管4串联以后接到电源1的正极与电机绕阻2形成闭合环路，构成了对绕组磁场的感生电流的低阻抗、大容量的积分延时电路，电容器5、电容器7和电容器9就成为在驱动电路的动态过程中给电路提供各种电压和电流的电源(以下简称动态电源)如附图
所示。当开关管3关断驱动电流时，电路将电感中磁场能产生的感生电能吸收到电容5、7、9之中。通过稳压管6、电阻8的作用和容量的调整，使电容5、7、9成为我们所希望的具有不同的容量和电压的动态电源。二极管11将电容9上的电压箝位于电源电压之上，在工作频率升高时，将动态电源多余的电能返回驱动电路中;电阻14具有能量平衡作用，当脉冲频率低和静态时，为动态电源提供启动电能。
本发明提出用动态电源取代常规电源的供电方法，是可以从上述电容5或7、9的正极与地之间直接接出，也可以加滤波电路后接出;还可以通过稳压为电路提供稳压直流电。这种电源直接利用回收的电能，减少了整机输入功率，也无需整流电路，又因脉冲电流的频率比市电高，所以漏波电容也大大减小。简化了电路，缩小了体积。
本发明提出的提高脉冲前沿驱动电压的电路。其特征在于将二极管19的正极接到电机绕组2，负极接到低压开关管3的集电极，从开关管3的集电极接电容20的正极，电容20的负极接二极管21的正极，二极管21的负极接OV线，从电容20与二极管21的中间连接点接电子开关电路22到二极管19的正极，从开关电路22的控制极接电路18，使开关电路22在驱动脉冲的前沿导通。这样，就在驱动脉冲的前沿将电容20串入了驱动电路，使驱动脉冲前沿的电压提高，得到高压驱动的效果。
本发明提出的提高脉冲前沿驱动电压的另一特征是从低压开关管的集电极接到二极管23的正极，二极管23的负极接电容24的正极，电容24负极接OV，从二极管23与电容24之间接电子开关25到电机绕组2的始端，从电机绕组2的始端接二极管26的负极，二极管26的正极接电源1的正极。这样当驱动脉冲前沿到来时，开关电路25被触发导通，将电容24与电源并联，因电容24上的电压比电源1高，所以达到了提高前沿驱动电压的目的。
本发明提出的用动态电源直接推动和控制高压开关电路其特征在于将二极管27的正极接低压开关管3的集电极，二极管27的负极与电容28串联后接OV;从电容28与二极管27之间接电路29到高开关管31的基极，高压开关管31的发射极接低压开关管的集电极。这样，当低压开关管3关断时，电机的磁场能给电容28充电，当后一脉冲前沿到来时，低压开关管3开通，使电容器28经电路29、.高压开关管31的发射结和低压开关管3放电，形成了高压开关管31的基极推动电流，从而使高压开关管31同时开通，将高压串入驱动电路，实现脉冲前沿高低压串联驱动，当前沿驱动电流上升以后，因电容28放电和高压开关管31发射极电位的提高，高压自动关断。本电路在低压未关断以前电容28不再充电，在低压未开通时高压无法开通，达到互锁保护的作用，无需其他保护电路。
本发明提出的用动态供电的方法来改进一般的高低压驱动电路的方法也可以大大简化推动、控制电路其特征在于二极管27、电容28的串联电路并在低压开关管3的集电极与地之间，从电容28与二极管27的中间接动态电源输出电路29与脉冲变压器的初级串联后接到低压开关管的集电极。这样在低压关断时给电容28充电，在低压开通的前沿，电容28经电路29、脉冲变压器的初级和低压开关管3放电，形成推动电流，并通过脉冲变压器藉合触发高压开关管31，实现推动、控制高压开关电路的目的。
本发明为了解决脉冲驱动技术中自动升频降频电路复杂，体积大和变频不平滑的问题，也采用动态电源的控制方法，其特征在于用电容器42与二极管43、44、45、46组成的整流乔串联后，并接到脉冲电路中振荡电容41的两端，在整流乔的直流输出端接电容47，将电阻48与可控电子开关49串联后与电容47并联，作为控制电容47放电的电路。这样在脉冲电路振荡的过程中，如果电子开关49开路，电容器47不断充电，两极板间的电压不断升高，脉冲电路通过电容42给电容47的充电量不断减少，就等效于电容47与42的串联容量不断变小，所以脉冲频率不断升高，直到电容47上的电压等于脉冲的振幅时，脉冲电源的频率稳定下来，完成自动升频的过程。当电子开关导通给电容47放电时，则脉冲频率又不断降低。实现自动降频，这样，当我们控制开关电路49开通使电容47放电，脉冲频率自动降低;控制开关电路关断时，使电容47停止放电，脉冲频率自动升高。这种自动升降频的脉冲源，电路简单，控制方便，升降频平滑，正符合脉冲驱动的要求。
因此本发明提出的有电压自举和能量再生功能的脉冲驱动电路，属于机电控制领域，在应用于步进电机等感性负载的脉冲驱动电源中，由于它采取了回收电能和动态供电方式，使耗散功率成为有用功率，节约了电能，减少了输入功率;利用电路产生的高压加到驱动脉冲的前沿，实现了低压供电具有高电压驱动的效果;采用了动态电源推动、控制开关电路和脉冲电路，使电路简单可靠。因此采用本发明有更明显的提高性能、降低功耗、减少成本、缩小体积的特点，有推广应用价值。
权利要求
1.
权利要求
本发明提出的有电压自举和能量再生功能的脉冲驱动电路有独特的新颖性和明显全面地改进，其特征在于在以电感为负载的脉冲驱动电路中，采用若干组由二极管和电阻、电容所组成的积分电路，跨接在开关电路的两端。当驱动电流关断时，该电路成为低阻抗的续流电路，而且利用二极管的单向导电性，将电感负载的磁场能产生的感生电能存贮在电容中，形成电路中的动态电源。由于利用了电路的自感，把这些电源的电压提升到远高于供电电源电压，通过调整RC的时间常数和积分电路的级数，使这些电源在一定的工作频率下达到电路对电压和容量的要求，应用到脉冲驱动的动态过程中。
2.根据权利要求1.在脉冲驱动电源中的能量回收和动态供电的基本特征是将电容5与二极管4串联后接在低压开关管3的集电极与地之间;将电容7与稳压管6和二极管4串联后接在低压开关管3的集电极与地之间;将电容9与电阻8、稳压管6、二极管4串联后接到低压开关管3的集电极与地之间电阻10与二极管11的并联电路，在与电阻8、稳压管6、二极管4串联以后接到电源1的正极与电机绕阻2形成闭合环路，构成了对绕组磁场的感生电流的低阻抗、大容量的积分延时电路.电容器5、电容器7和电容器9就成为在驱动电路的动态过程中给电路提供各种电压和电流的电源(以下简称动态电源)
3.根据权利要求1.用动态电源取代常规电源的供电方法，是可以从上述电容5或7、9的正极与地之间直接接出，也可以加滤波电路后接出;还可以通过稳压为电路提供稳压直流电。
4.根据权利要求1.提高脉冲前沿驱动电压的电路。其特征在于将二极管19的正极接到电机绕组2，负极接到低压开关管3的集电极，从开关管3的集电极接电容20的正极，电容20的负极接二极管21的正极，二极管21的负极接OV线，从电容20与二极管21的中间连接点接电子开关电路22到二极管19的正极，从开关电路22的控制极接电路18，使开关电路22在驱动脉冲的前沿导通。
5.根据权利要求1.的提高脉冲前沿驱动电压的另一特征是从低压开关管的集电极接到二极管23的正极，二极管23的负极接电容24的正极，电容24负极接OV，从二极管23与电容24之间接电子开关25到电机绕组2的始端，从电机绕组2的始端接二极管26的负极，二极管26的正极接电源1的正极。
6.根据权利要求1.的用动态电源直接推动和控制高压开关电路其特征在于将二极管27的正极接低压开关管3的集电极，二极管27的负极与电容28串联后接OV;从电容28与二极管27之间接电路29到高开关管31的基极，高压开关管31的发射极接低压开关管的集电极。
7.根据权利要求1.用动态供电的方法来改进一般的高低压驱动电路的方法也可以大大简化推动、控制电路其特征在于二极管27、电容28的串联电路并在低压开关管3的集电极与地之间，从电容28与二极管27的中间接动态电源输出电路29与脉冲变压器的初级串联后接到低压开关管的集电极。
8.根据权利要求1.解决脉冲驱动技术中自动升频降频电路复杂，体积大和变频不平滑的问题，也采用动态电源的控制方法，其特征在于用电容器42与二极管43、44、45、46组成的整流乔串联后，并接到脉冲电路中振荡电容41的两端，在整流乔的直流输出端接电容47，将电阻48与可控电子开关49串联后与电容47并联，作为控制电容47放电的电路。
全文摘要
本发明提出的有电压自举和能量再生功能的脉冲驱动电路。属于机电控制领域，在应用于步进电机等感性负载的脉冲驱动电源中，由于它采取了回收电能和动态供电方式，使耗散功率成为有用功率，减少了输入功率；利用电路产生的高压加到驱动脉冲的前沿，实现了低压供电具有高电压驱动的效果；采用了动态电源推动、控制开关电路和脉冲电路，使电路简单可靠。
文档编号H02P8/00GK1100577SQ9311772
公开日1995年3月22日 申请日期1993年9月18日 优先权日1993年9月18日
发明者潘谱皇 申请人:潘谱皇