专利名称：：一种适用于强γ辐射场的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用于控制步进电动机的装置，具体涉及一种适用于强Y辐射场的步进电机驱动器。
背景技术：
：目前常用的非辐射条件下的步进电机驱动器早已是成熟的技术产品，有多种型号可供选择，但目前国内现有的产品都没有采取特殊的抗辐射措施，在强辐射场中会由于电子器件、绝缘材料的辐射损伤而发生逻辑错误甚至完全失效。解决电子器件的耐辐射问题通常有两种方法，西方发达国家采用的方法是依赖其强大的经济和技术实力，特别是在超大规模集成工艺和辐射加固(NuclearHarden)集成工艺方面的实力，投入庞大资金研发的具有抗强辐射能力的集成电路芯片。根据辐射粒子的能量和耐受的辐射剂量不同，采用的辐射加固工艺和材料也多种多样，例如砷化镓(GaAs)材料、金刚石材料和铁电材料等，这是一种根本的解决方法，可以达到1000Gy/h以上的辐射耐受水平；但这些芯片除价格特别昂贵外，大都用在核军工领域，受国外军事和技术的封锁，很难找到进口渠道。与国外相比，我国在辐射加固集成工艺方面还有比较漫长的路要走，生产具有辐射加固工艺的集成芯片还看不到发展趋势，这是目前必须面对的现实。因此，采用经过耐辐射性能测试的普通工业级或军品级器件、必要时再采用辐射屏蔽措施以提高整机耐辐射水平，以极小的代价解决大部分强辐射场合电子电路的可靠性问题，仍是我国今后相当长一段时期内必然被广泛采用的最经济的方法。
发明内容本实用新型的目的在于针对我国现有技术水平，提供一种采用双极性恒流斩波方式驱动的、最大相电流不超过3A、能够在不高于200Gy/h的强Y辐射场中连续工作的步进电机驱动器。本实用新型的技术方案如下一种适用于强Y辐射场的步进电机驱动器，其控制和限位开关接口的脱机控制输入端Free、步进脉冲输入端Pulse、方向控制输入端Dir与外接控制器相连，两个限位开关信号输入端Bk、Fk及其公共端分别接两个相应限位开关的常开触点，步进脉冲输入端Pulse与脉冲计数器的时钟输入端CLK连接；计数器的数据输出端经由译码器后连接到两相绕组的H桥驱动芯片的电流大小控制端M4M1和电流方向控制端DIR，两相绕组的H桥驱动芯片连接电源和电机接口。如上所述的适用于强Y辐射场的步进电机驱动器，其中，两相绕组的H桥驱动芯片采用LMD18245T型H桥驱动芯片。如上所述的适用于强Y辐射场的步进电机驱动器，其中，脉冲计数器和译码器由若干片74HC系列和CD4000系列CMOS工艺的小规模集成电路组成。本实用新型使用小规模器件再配合若干只分立的电阻、电容等组成的步进电机驱动器能够在不高于200Gy/h的强Y辐射场中累计工作至少50小时以上，累积剂量达到10KGy时仍能正常工作；而在不高于10Gy/h的强Y辐射场中则至少可以累计工作1000小时以上。这样就可以在有限范围内解决很多强Y辐射场条件下机电一体化设备中以步进电机为执行单元的控制问题。本实用新型结构小巧、电路简单、通用性强，应用于非辐射场合时不必进行耐辐射性能测试，可以大大降低成本。图1为本实用新型1/4步细分驱动方式的电路原理图。图2为本实用新型带力矩补偿的半步驱动方式的电路原理图。图3为本实用新型的应用电路原理图。图中，l.控制和限位开关接口2.电源和电机接口3.外部控制器4.限位开关5.步进电机6.步进电机驱动器具体实施方式以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。本实用新型所提供的双极性恒流斩波方式驱动的步进电机驱动器电路包括两个实施方式，第一个采用1/4步细分驱动方式(如图1所示)，第二个采用带力矩补偿的半步驱动方式(如图2所示)。两个驱动电路都有两组接口，以1/4步细分驱动方式为例说明如下(参照附图1):<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>控制和限位开关接口的脱机控制输入端Free、步进脉冲输入端Pulse、方向控制输入端Dir与外接控制器相连，接受来自外接控制器的控制信号；两个限位开关信号输入端Bk、Fk及其公共端分别接两个相应限位开关的常开触点，不用时悬空即可。脱机控制端Free为低电平输入时，驱动电路的两个H桥驱动芯片IC8和IC9(LMD18245T)的BREAK控制端均为高电平，不管Pulse和Dir两个控制端如何变化，输出到步进电机两项绕组的电流均保持为零，电机轴处于自由状态，无力矩输出。控制端Free为高电平输入时，步进脉冲信号Pulse进入脉冲计数器IC7(74HC191)的时钟输入端CLK，按照方向控制端Dir的高/低电平状态进行加/减计数；计数器IC2(74HC191)的数据输出端Q3Q0经过由IC1和IC2(74HC51)、IC3(74HC4075)、IC4(74HC04)、IC5(CD4030)组成的译码器后连接到两相绕组的H桥驱动芯片LMD18245T的电流大小控制端(DAC输入端)M4M1和电流方向控制端DIR，控制两个H桥驱动芯片LMD18245T按照规定的次序向步进电机的两项绕组输出额定大小和相序的电流波形，驱动步进电机转子以每个Pulse脉冲1/4个步距角的角速度，按照方向控制输入端Dir电平高低所指定的方向运转。当电机运转到(或带动某一机械结构运转到)该方向上限位开关Bk或Fk所在位置时，限位开关闭合，相应的Bk或Fk信号通过由IC3(74HC4075)、IC4(74HC04)、IC5(CD4030)组成的译码器后使步进脉冲计数器IC7(74HC191)的计数使能端CE无效，计数被禁止，计数输出端Q3Q0被固定为当前值，两相绕组的H桥驱动芯片LMD18245T无法完成相序转换而使电机停止运转，直到改变方向控制输入端Dir的电平，才允许向相反方向转动。本实用新型设计的步进电机驱动电路还设置有待机电流功能，即在规定时间内(0.5秒以上)接收不到步进脉冲信号Pulse时，相电流被自动降至额定电流的一半以降低功耗和电机温度。该功能是通过由IC6(CD4060)配合几只电阻、电容、二、三极管组成的定时电路实现的。电机正常运转时，由于不断有步进脉冲信号施加在IC6的复位端Reset,IC6总是不断地被复位，其Q14输出端总是保持为低电平，使三极管9012保持导通，R20近似短路，施加到两相绕组的H桥驱动芯片LMD18245T的DAC参考电压DACref值为额定值，则输出相电流也为额定值。当在规定时间内接收不到步进脉冲信号Pulse时，IC6的Q14输出端很快变为高电平，将三极管9012截止的同时停止计时，R2、R3分压的结果使LMD18245T的DAC参考电压DACref值被减小，则输出相电流也被减小至待机电流值。通过调整电位器R3的阻值可以确定额定电流的大小；调整R2的阻值可以确定待机电流的大小。带力矩补偿的半步驱动方式与1/4步细分驱动方式基本相同，所不同的只是半步驱动方式时每个Pulse脉冲步进电机转过1/2个步距角，因此相应的译码电路要简单一些(参见附图2)。本实用新型的使用说明如下按照图3连接外部控制器、本发明的步进电机控制器、和经过耐辐射工艺处理的二相四出线混合式步进电机。供电电压2448VDC控制信号电流(Free,Pulse,Dir)515mA(共阳极)控制信号逻辑电平5/24V(可选)静态相电流0.53A(可调)驱动方式恒流斩波最大步进脉冲频率lOKHz+5￥最大输出电流100mA最大耐辐射剂量率200Gy/h最大累积剂量lOKGy(非连续使用)权利要求1.一种适用于强γ辐射场的步进电机驱动器，其特征在于其控制和限位开关接口的脱机控制输入端Free、步进脉冲输入端Pulse、方向控制输入端Dir与外接控制器相连，两个限位开关信号输入端Bk、Fk及其公共端分别接两个相应限位开关的常开触点，步进脉冲输入端Pulse与脉冲计数器的时钟输入端CLK连接；计数器的数据输出端经由译码器后连接到两相绕组的H桥驱动芯片的电流大小控制端M4～M1和电流方向控制端DIR，两相绕组的H桥驱动芯片连接电源和电机接口。2.如权利要求1所述的适用于强Y辐射场的步进电机驱动器，其特征在于两相绕组的H桥驱动芯片采用LMD18245T型H桥驱动芯片。3.如权利要求1所述的适用于强Y辐射场的步进电机驱动器，其特征在于脉冲计数器和译码器由若干片74HC系列和CD4000系列CMOS工艺的小规模集成电路组成。专利摘要本实用新型涉及一种用于控制步进电动机的装置，具体涉及一种适用于强γ辐射场的步进电机驱动器。其控制和限位开关接口的脱机控制输入端Free、步进脉冲输入端Pulse、方向控制输入端Dir与外接控制器相连，两个限位开关信号输入端Bk、Fk及其公共端分别接两个相应限位开关的常开触点，步进脉冲输入端Pulse与脉冲计数器的时钟输入端CLK连接；计数器的数据输出端经由译码器后连接到两相绕组的H桥驱动芯片的电流大小控制端M4～M1和电流方向控制端DIR，两相绕组的H桥驱动芯片连接电源和电机接口。本实用新型结构小巧、电路简单、通用性强，能够在不高于200Gy/h的强γ辐射场中连续工作。文档编号H02P8/14GK201122926SQ20072030562公开日2008年9月24日申请日期2007年11月28日优先权日2007年11月28日发明者朱万宁,王晓东申请人:中国辐射防护研究院