本实用新型涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种用于驱动线切割机上的步进电机的恒功率驱动器。
背景技术：
目前，应用在线切割机上的传统驱动器通过大功率限流电阻来驱动步进电机，并未实现恒功率驱动。当供电电压产生波动或负载有所增减时，均会干扰驱动器的输出，从而导致驱动器的驱动功率不稳定，造成步进电机丢步或失步；另外，这种非恒功率驱动器的耗能较高(损耗主要集中在限流电阻的消耗上)，导致输出给步进电机的有效功率难以提高，从而进一步约束大功率步进电机的发展。因此，现有技术需要进一步改进和完善。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够实现恒功率驱动步进电机的驱动器。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种电机恒功率驱动器，该驱动器主要包括用于驱动步进电机其中一相的功率管模块、用于驱动功率管的驱动功率管模块、用于保护功率管的保护功率管模块、用于检测驱动步进电机电流的电流检测模块、为各模块供电的电源模块、主控模块、用于检测驱动相序的相序检测模块、以及作为步进电机驱动总开关的信号输入模块。所述功率管模块、驱动功率管模块、保护功率管模块、电流检测模块、相序检测模块、以及信号输入模块组成控制步进电机其中一相的一组模块，在实际应用中可根据步进电机数量、相数来相应增加模块的组数，从而实现驱动更多的步进电机。
具体的，所述主控模块主要分别与驱动功率管模块、电流检测模块、以及相序检测模块连接。所述相序检测模块与信号输入模块连接。所述功率管模块分别与步进电机、驱动功率管模块、保护功率管模块、以及电流检测模块连接。所述保护功率管模块与步进电机连接。
具体的，所述功率管模块采用NMOS型场效应晶体管，所述功率管模块的漏极分别与步进电机的一相和保护功率管模块连接，其源极与电流检测模块连接后接地，其栅极与驱动功率管模块的输出端连接。
具体的，该主控模块主要包括用于处理各模块信息并实现控制的主控芯片、用于产生PWM脉冲信号的驱动芯片。该驱动芯片受主控芯片控制，并根据需要驱动的步进电机数量、相数来相应增加该芯片的数量，从而简化驱动电路的结构和元器件的数量，实现缩小驱动器体积、简化驱动器设计的目的。
具体的，所述保护功率管模块主要包括以第十七电阻、第二电容、及相互并联连接的第三二极管、第五二极管和第七二极管。并联后的所述第三二极管的输出端与第一输入电压连接(该第一输入电压为外界输入电压，采用直流12V-36V电压)，输入端分别与功率管模块的漏极和第十七电阻的一端连接。所述第二电容的一端接地，另一端与第二期电阻的另一端连接。工作时，所述第十七电阻、第二电容串联后与功率管的D极与S极并联用吸收功率管快速开关产生的浪涌尖峰电压，所述第三二极管、第五二极管和第七二极管并联后用于将步进电机线圈(因快速通与断电)产生的反向电动势释放到VCC供电回路，从而保护功率管不被浪涌电压击穿。
具体的，所述电流检测模块主要包括第十五电阻、第十六电阻、以及第一电容。所述第十六电阻和第十五电阻的一端分别与功率管模块的源极连接，第十六电阻的另一端接地，第十五电阻的另一端分别与主控模块和第一电容的一端连接。所述第一电容的另一端接地。工作时，主控模块通过采集功率管模块源极与电源地之间的压差，并根据公式可以计算出该相导通时的工作电流，从而判断步进电机是否工作在额定工况下。
具体的，所述驱动功率管模块主要包括第十电阻、第十一电阻、第十三电阻、第一稳压二极管、第三三极管、第四三极管、以及第五三极管。所述功率管模块的栅极分别与第十三电阻的一端和第一稳压二极管的输出端连接，第一稳压二极管的输入端接地，第十三电阻的另一端分别与第四三极管的发射极和第五三极管的发射极连接。所述第五三极管的集电极接地，基极分别与第四三极管的基极、第三三极管的集电极、以及第十一电阻的一端连接。所述第十一电阻的另一端分别与第一输入电压和第四三极管的集电极连接。所述第三三极管的发射极接地，基极分别与主控模块和第十电阻的一端连接。所述第十电阻的另一端接地。工作时，第四三极管和第五三极管构成互补型推挽输出来驱动功率管模块，其结构简单、稳定性高且工作可靠，十分适用于功率管的驱动，其前一级采用第三三极管产生PWM脉冲信号，通过控制PWM信号内高低电平的时间占比，可以有效调整步进电机当前的功率(当电流检测模块测出的实际功率偏小时，通过调大占空比即可增大步进电机的驱动功率)，从而确保步进电机工作在恒定功率下。
具体的，所述信号输入模块主要包括第六电阻、第八电阻、第一二极管、第一三极管、以及第二三极管。所述第一二极管的输入端与第三三极管的集电极连接，输出端分别与第八电阻的一端和第二三极管的集电极连接。所述第二三极管的发射极接地，基极分别与第六电阻的一端和第一三极管的集电极连接。所述第一三极管的发射极接地。所述第六电阻的另一端分别与第八电阻的另一端和第一输入电压连接。工作时，信号输入模块作为驱动功率管模块的前级控制开关，当信号输入模块的输出端为高电平时，驱动功率管模块的PWM信号才生效，反之，当输出端为低电平时，功率管模块处于截止状态(即步进电机的该相线路不导通)。
具体的，所述相序检测模块既接收上位机的控制信号，同时也接收主控模块的控制信号，该相序检测模块主要包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第十二电阻、第一光耦、以及第二稳压二极管。所述第一三极管的基极分别与第四电阻和第五电阻的一端、以及第一光耦的第三端连接。所述第五电阻的另一端与第二稳压二极管输入端连接后接地。所述第四电阻的另一端与第二稳压二极管输出端连接后与主控模块连接。所述第一光耦的第四端通过第十二电阻与第一输入电压连接，其第一端通过第一电阻与第二输入电压连接(该第二输入电压与第一输入电压参数相同，但不在同一个电源网络当中，这样设计有利于有效驱动光耦工作，且很好的起到了信号隔离提高产品的抗干扰能力)，并通过第二电阻与第二端连接，其第二端与上位机连接。工作时，主控模块通过相序检测模块检测上位机输入的控制信号是否存在缺相问题，若出现，便会驱动缺相报警模块报警，从而提醒工作人员及时处理，有效的防止因电路损坏导致的误动作，大大降低经济损失。
进一步的，为了避免步进电机丢步、失步时不被察觉，导致工件在切割时精度下降或尺寸不准的现象发生，本实用新型所述电机恒功率驱动器还包括用于提示报警信息的缺相报警模块。所述缺相报警模块包括第三电阻、第七三极管、以及第一蜂鸣器。所述第七三极管的基极通过第三电阻与主控模块连接，集电极通过第一蜂鸣器与第一输入电压连接，发射极接地。当检测到输入信号或步进电机发生缺相现象时，主控模块便驱动第一蜂鸣器发出报警声音，该声音的种类可根据报错的类型不同而分别设定，从而提醒在场工人及时检测机器情况，并做进一步维修工作。
进一步的，为了能够简单直观显示步进电机的工作状态，本实用新型所述电机恒功率驱动器还包括用于反应电机工作状态的指示模块。所述指示模块包括第十四电阻和第一发光二极管。所述第一发光二极管的输出端接地，输入端通过第十四电阻与功率管模块的栅极连接。当某一相的功率管导通后，该相的指示灯便会点亮，从而能够直观看出步进电机在该相的工作状态。
具体的，所述电源模块主要包括第一电源芯片、第一电感、以及第四至第十三电容。所述第四电容和第十电容分别并联在第一电源芯片的输入端与接地端之间。所述第五电容和第十一电容分别并联在第一电源芯片输出端与接地端之间。所述第一电源芯片的输出端与第一电感连接并产生第一输出电压(采用5V电压设计)。所述第六至第九电容、以及第十二电容和第十三电容的两端分别与第一输出电压和电源地并联。所述第一电源芯片的输入端与第一输入电压连接。
进一步的，为了使驱动器在上电时能够正常复位，将系统参数调节到原始位置，本实用新型所述恒功率驱动器还包括用于主控模块复位的复位模块，所述复位模块与主控模块内的驱动芯片和控制芯片数量一一对应，主要包括第十八电阻、第三电容、以及第一复位芯片。所述第十八电阻的两端并联在第一复位芯片的输入端与复位端之间。所述第三电容的两端并联在第一复位芯片的复位端与接地端之间。所述第一复位芯片的输入端与第一输出电压连接，复位端与主控模块连接，接地端与连接电源地。
本实用新型的工作过程和原理是：当驱动器接入电源后，复位模块便产生复位信号，使主控模块内的芯片复位并刷新参数设定值；然后，上位机发出驱动电机的控制信号，相序检测模块通过对输入的控制信号进行检测，排除缺相信号，并将有效的控制信号输入到信号输入模块；接着，主控模块向驱动功率管模块产生控制步进电机的PWM信号，功率管模块根据PWM信号导通或截止，从而控制步进电机在该相线路上的导通和截止；当电源电压或外界因素引起步进电机实际工作功率波动时，通过调整PWM信号中的占空比大小即可将驱动功率稳定在电机的额定功率内，从而实现步进电机的恒功率驱动。本实用新型还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：
(1)本实用新型所提供的电机恒功率驱动器采用缺相检测和缺相报警模块来提醒在场工人，需要对机器进行检修或调整，从而确保步进电机工作在稳定且合适的工况下，有利于切割品质的统一和提高，而且有效的防止因电路损坏导至的误动作，大大降低经济损失。
(2)本实用新型所提供的电机恒功率驱动器采用PWM信号来控制和驱动步进电机，与传统的限流电阻型驱动方式相比，具有功率可调、功率稳定、耗能小、绿色环保、成本低、结构简单等优点。
附图说明
图1是本实用新型所提供的电机恒功率驱动器各模块的电路结构图。
图2是本实用新型所提供的复位模块的电路结构图。
图3是本实用新型所提供的电源模块的电路结构图。
上述附图中的标号说明：
Q6-功率管模块，Z1-第一稳压二极管，Z2-第二稳压二极管，IC1-第一光耦，IC2-第一复位芯片，IC3-第一电源芯片，LED1-第一发光二极管，VDDA第一输入电压，VDDB-第二输入电压，L1-第一电感。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：
如图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种电机恒功率驱动器，该驱动器主要包括用于驱动步进电机其中一相的功率管模块Q6、用于驱动功率管的驱动功率管模块Q6、用于保护功率管的保护功率管模块Q6、用于检测驱动步进电机电流的电流检测模块、为各模块供电的电源模块、主控模块、用于检测驱动相序的相序检测模块、以及作为步进电机驱动总开关的信号输入模块。所述功率管模块Q6、驱动功率管模块Q6、保护功率管模块Q6、电流检测模块、相序检测模块、以及信号输入模块组成控制步进电机其中一相的一组模块，在实际应用中可根据步进电机数量、相数来相应增加模块的组数，从而实现驱动更多的步进电机。
具体的，所述主控模块主要分别与驱动功率管模块Q6、电流检测模块、以及相序检测模块连接。所述相序检测模块与信号输入模块连接。所述功率管模块Q6分别与步进电机、驱动功率管模块Q6、保护功率管模块Q6、以及电流检测模块连接。所述保护功率管模块Q6与步进电机连接。
具体的，所述功率管模块Q6采用NMOS型场效应晶体管，所述功率管模块Q6的漏极分别与步进电机的一相和保护功率管模块Q6连接，其源极与电流检测模块连接后接地，其栅极与驱动功率管模块Q6的输出端连接。
具体的，该主控模块主要包括用于处理各模块信息并实现控制的主控芯片、用于产生PWM脉冲信号的驱动芯片。该驱动芯片受主控芯片控制，并根据需要驱动的步进电机数量、相数来相应增加该芯片的数量，从而简化驱动电路的结构和元器件的数量，实现缩小驱动器体积、简化驱动器设计的目的。
具体的，所述保护功率管模块Q6主要包括以第十七电阻、第二电容、及相互并联连接的第三二极管、第五二极管和第七二极管。并联后的所述第三二极管的输出端与第一输入电压VDDA连接(该第一输入电压VDDA为外界输入电压，采用直流12V-36V电压)，输入端分别与功率管模块Q6的漏极和第十七电阻的一端连接。所述第二电容的一端接地，另一端与第二期电阻的另一端连接。工作时，所述第十七电阻、第二电容串联后与功率管的D极与S极并联用吸收功率管快速开关产生的浪涌尖峰电压，所述第三二极管、第五二极管和第七二极管并联后用于将步进电机线圈(因快速通与断电)产生的反向电动势释放到VCCA供电回路，从而保护功率管不被浪涌电压击穿。
具体的，所述电流检测模块主要包括第十五电阻、第十六电阻、以及第一电容。所述第十六电阻和第十五电阻的一端分别与功率管模块Q6的源极连接，第十六电阻的另一端接地，第十五电阻的另一端分别与主控模块和第一电容的一端连接。所述第一电容的另一端接地。工作时，主控模块通过采集功率管模块Q6源极与电源地之间的压差，并根据公式可以计算出该相导通时的工作电流，从而判断步进电机是否工作在额定工况下。
具体的，所述驱动功率管模块Q6主要包括第十电阻、第十一电阻、第十三电阻、第一稳压二极管Z1、第三三极管、第四三极管、以及第五三极管。所述功率管模块Q6的栅极分别与第十三电阻的一端和第一稳压二极管Z1的输出端连接，第一稳压二极管Z1的输入端接地，第十三电阻的另一端分别与第四三极管的发射极和第五三极管的发射极连接。所述第五三极管的集电极接地，基极分别与第四三极管的基极、第三三极管的集电极、以及第十一电阻的一端连接。所述第十一电阻的另一端分别与第一输入电压VDDA和第四三极管的集电极连接。所述第三三极管的发射极接地，基极分别与主控模块和第十电阻的一端连接。所述第十电阻的另一端接地。工作时，第四三极管和第五三极管构成互补型推挽输出来驱动功率管模块Q6，其结构简单、稳定性高且工作可靠，十分适用于功率管的驱动，其前一级采用第三三极管产生PWM脉冲信号，通过控制PWM信号内高低电平的时间占比，可以有效调整步进电机当前的功率(当电流检测模块测出的实际功率偏小时，通过调大占空比即可增大步进电机的驱动功率)，从而确保步进电机工作在恒定功率下。
具体的，所述信号输入模块主要包括第六电阻、第八电阻、第一二极管、第一三极管、以及第二三极管。所述第一二极管的输入端与第三三极管的集电极连接，输出端分别与第八电阻的一端和第二三极管的集电极连接。所述第二三极管的发射极接地，基极分别与第六电阻的一端和第一三极管的集电极连接。所述第一三极管的发射极接地。所述第六电阻的另一端分别与第八电阻的另一端和第一输入电压VDDA连接。工作时，信号输入模块作为驱动功率管模块Q6的前级控制开关，当信号输入模块的输出端为高电平时，驱动功率管模块Q6的PWM信号才生效，反之，当输出端为低电平时，功率管模块Q6处于截止状态(即步进电机的该相线路不导通)。
具体的，所述相序检测模块既接收上位机的控制信号，同时也接收主控模块的控制信号，该相序检测模块主要包括第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第十二电阻、第一光耦IC1、以及第二稳压二极管Z2。所述第一三极管的基极分别与第四电阻和第五电阻的一端、以及第一光耦IC1的第三端连接。所述第五电阻的另一端与第二稳压二极管Z2输入端连接后接地。所述第四电阻的另一端与第二稳压二极管Z2输出端连接后与主控模块连接。所述第一光耦IC1的第四端通过第十二电阻与第一输入电压VDDA连接，其第一端通过第一电阻与第二输入电压VDDB连接(该第二输入电压VDDB与第一输入电压VDDA参数相同，但不在同一个电源网络当中，这样设计有利于有效驱动光耦工作，且很好的起到了信号隔离提高产品的抗干扰能力)，并通过第二电阻与第二端连接，其第二端与上位机连接。工作时，主控模块通过相序检测模块检测上位机输入的控制信号是否存在缺相问题，若出现，便会驱动缺相报警模块报警，从而提醒工作人员及时处理，有效的防止因电路损坏导至的误动作，大大降低经济损失。
进一步的，为了避免步进电机丢步、失步时不被察觉，导致工件在切割时精度下降或尺寸不准的现象发生，本实用新型所述电机恒功率驱动器还包括用于提示报警信息的缺相报警模块。所述缺相报警模块包括第三电阻、第七三极管、以及第一蜂鸣器。所述第七三极管的基极通过第三电阻与主控模块连接，集电极通过第一蜂鸣器与第一输入电压VDDA连接，发射极接地。当检测到输入信号或步进电机发生缺相现象时，主控模块便驱动第一蜂鸣器发出报警声音，该声音的种类可根据报错的类型不同而分别设定，从而提醒在场工人及时检测机器情况，并做进一步维修工作。
进一步的，为了能够简单直观显示步进电机的工作状态，本实用新型所述电机恒功率驱动器还包括用于反应电机工作状态的指示模块。所述指示模块包括第十四电阻和第一发光二极管LED1。所述第一发光二极管LED1的输出端接地，输入端通过第十四电阻与功率管模块Q6的栅极连接。当某一相的功率管导通后，该相的指示灯便会点亮，从而能够直观看出步进电机在该相的工作状态。
具体的，所述电源模块主要包括第一电源芯片IC3、第一电感L1、以及第四至第十三电容。所述第四电容和第十电容分别并联在第一电源芯片IC3的输入端与接地端之间。所述第五电容和第十一电容分别并联在第一电源芯片IC3输出端与接地端之间。所述第一电源芯片IC3的输出端与第一电感L1连接并产生第一输出电压(采用5V电压设计)。所述第六至第九电容、以及第十二电容和第十三电容的两端分别与第一输出电压和电源地并联。所述第一电源芯片IC3的输入端与第一输入电压VDDA连接。
进一步的，为了使驱动器在上电时能够正常复位，将系统参数调节到原始位置，本实用新型所述恒功率驱动器还包括用于主控模块复位的复位模块，所述复位模块与主控模块内的驱动芯片和控制芯片数量一一对应，主要包括第十八电阻、第三电容、以及第一复位芯片IC2。所述第十八电阻的两端并联在第一复位芯片IC2的输入端与复位端之间。所述第三电容的两端并联在第一复位芯片IC2的复位端与接地端之间。所述第一复位芯片IC2的输入端与第一输出电压连接，复位端与主控模块连接，接地端与连接电源地。
本实用新型的工作过程和原理是：当驱动器接入电源后，复位模块便产生复位信号，使主控模块内的芯片复位并刷新参数设定值；然后，上位机发出驱动电机的控制信号，相序检测模块通过对输入的控制信号进行检测，排除缺相信号，并将有效的控制信号输入到信号输入模块；接着，主控模块向驱动功率管模块Q6产生控制步进电机的PWM信号，功率管模块Q6根据PWM信号导通或截止，从而控制步进电机在该相线路上的导通和截止；当电源电压或外界因素引起步进电机实际工作功率波动时，通过调整PWM信号中的占空比大小即可将驱动功率稳定在电机的额定功率内，从而实现步进电机的恒功率驱动。本实用新型还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。