低成本新型步进电机驱动装置及半流锁定方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
本发明涉及一种低成本新型步进电机驱动装置及半流锁定方法，在办公自动化、工业自动化机器、数控机械等众多领域获得更广泛的应用。
[0002]【背景技术】:
步进电机是由脉冲控制运行的特殊同步电动机，对应每一供电脉冲，都产生一个恒定量的步进运动，可以是角位移或线位移，步进电机可以实现信号变换，是数字控制系统中广泛应用的执行元件。同时步进电机驱动器也得到了很大的发展和改进，但是目前在工业应用中，多数驱动器体积较大，通用性不强，往往要求外接多路电源，而且成本不低。
[0003]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种低成本新型步进电机驱动装置及半流锁定方法。
[0004]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种低成本新型步进电机驱动装置，其组成包括:直流斩波器，所述的直流斩波器与A相功率驱动电路连接，所述的A相功率驱动电路与步进电机连接，所述的步进电机分别与B相功率驱动电力路、过载保护电路连接，所述的过载保护电路与步进电机专用控制器连接，所述的步进电机专用控制器与光耦连接。
[0005]所述的低成本新型步进电机驱动装置，所述的步进电机专用控制器分别与直流斩波器、A相功率驱动电路、B相功率驱动电路连接。
[0006]所述的低成本新型步进电机驱动装置，所述的步进电机专用控制器为L297，所述的直流斩波器是以S19114A为核心的变换电路。
[0007]所述的低成本新型步进电机驱动装置，所述的步进电机专用控制器分别通过相位线A、相位线B、抑制线一与所述的A相功率驱动电路连接，所述的步进电机专用控制器分别通过相位线C、相位线D、抑制线二与B相功率驱动电路连接。
[0008]所述的低成本新型步进电机驱动装置的半流锁定方法，该方法包括如下步骤:系统接收步进脉冲信号CP、方向信号DIR、脱机信号FREE以及工作方式选择信号MODE，通过光耦隔离输入给L297，然后按一定的规律进行分配并输出逻辑控制信号，再经过功率驱动电路进行放大后加到步进电机各相输入端，以驱动步进电机按指令运转，当CLK的周期小于或等于TW时，晶体管一直处于截止状态，不存在锁定时间。而当CLK的周期大于TW或处于静止状态时，晶体管导通，电阻Rl并联至参考电压端，使参考电压减半，即实现了电流减半的功能。
本发明的有益效果:
1.本发明具有一定的开环控制精度，步距误差不长期积累，易于启动、停止、正反转及变速，与上位机接口简单方便等特点，一种单一电源输入、宽电压、宽电流、低成本的两相混合式步进电机驱动器设计方案，并通过试验和实际使用验证了其通用性强，控制简单，可靠性高的特性。
[0009]本发明该系统中，以单片步进电机控制器集成电路L297为控制核心，由于其内部集成了脉冲分配器、PWM斩波器以及输出逻辑控制单元等丰富模块，使系统控制更加方便简单。采用由晶体三极管和功率MOS管组成的分立式的功率驱动电路代替集成块电路，使系统成本降低，而且能够满足驱动宽电压、大电流的步进电机的要求。
[0010]本发明以单片电流型PWM控制器集成电路SI9114A为核心，设计的高频DC-DC变换电路解决了系统所需多路电源的需求，降低了系统功耗，减小了电源电路的体积，并且降低了成本。
[0011]本发明通过内部集成的脉冲分配器产生三种相序信号，对应于三种不同的工作方式，而在基本步距工作方式时，则产生每周期4拍的时序信号。L297的另一个重要组成是由两个PWM斩波器来控制相绕组电流，实现恒流斩波控制，已获得良好的转矩一频率特性，L297的控制器端用来选择斩波信号的控制，将其置为低电平，以使斩波信号作用于INHl和INH2，而由A、B、C、D端来控制绕组的通断与极性。
[0012]本发明在运行过程中，为输出较大的转矩及具有快速响应，应保持绕组电流为额定值而不使其下降，但在电机的锁定状态通常没必要输出大的转矩，为减少电机的发热，提高系统的效率，减轻驱动器的负担，可在锁定状态适当降低绕组电流。
[0013]【附图说明】:
附图1是本发明的控制系统结构示意图。
[0014]附图2是半流锁定结构示意图。
[0015]【具体实施方式】:
实施例1:
一种低成本新型步进电机驱动装置，其组成包括:直流斩波器3，所述的直流斩波器与A相功率驱动电路4连接，所述的A相功率驱动电路与步进电机连接1，所述的步进电机分别与B相功率驱动电力路5、过载保护电路7连接，所述的过载保护电路与步进电机专用控制器2连接，所述的步进电机专用控制器与光耦6连接。
[0016]实施例2:
根据实施例1所述的低成本新型步进电机驱动装置，所述的步进电机专用控制器分别与直流斩波器、A相功率驱动电路、B相功率驱动电路连接。
[0017]实施例3:
根据实施例1或2所述的低成本新型步进电机驱动装置，所述的步进电机专用控制器为L297，所述的直流斩波器是以S19114A为核心的变换电路。
[0018]实施例4:
根据实施例1或2或3所述的低成本新型步进电机驱动装置，所述的步进电机专用控制器分别通过相位线A、相位线B、抑制线一与所述的A相功率驱动电路连接，所述的步进电机专用控制器分别通过相位线C、相位线D、抑制线二与B相功率驱动电路连接。
[0019]实施例5:
根据实施例1或2或3或4或所述的低成本新型步进电机驱动装置，所述的CP为脉冲信号，所述的DIR为方向信号,所述的FREE为脱机信号,所述的MODE为工作方式选择信号。
[0020]实施例6:
一种实施例1一5所述的低成本新型步进电机驱动装置的半流锁定方法，该方法包括如下步骤:系统接收步进脉冲信号CP、方向信号DIR、脱机信号FREE以及工作方式选择信号MODE，通过光耦隔离输入给L297，然后按一定的规律进行分配并输出逻辑控制信号，再经过功率驱动电路进行放大后加到步进电机各相输入端，以驱动步进电机按指令运转，当CLK的周期小于或等于TW时，晶体管一直处于截止状态，不存在锁定时间。而当CLK的周期大于TW或处于静止状态时，晶体管导通，电阻Rl并联至参考电压端，使参考电压减半，即实现了电流减半的功能。
【主权项】
1.一种低成本新型步进电机驱动装置，其组成包括:直流斩波器，其特征是:所述的直流斩波器与A相功率驱动电路连接，所述的A相功率驱动电路与步进电机连接，所述的步进电机分别与B相功率驱动电力路、过载保护电路连接，所述的过载保护电路与步进电机专用控制器连接，所述的步进电机专用控制器与光耦连接。
2.根据权利要求1所述的低成本新型步进电机驱动装置，其特征是:所述的步进电机专用控制器分别与直流斩波器、A相功率驱动电路、B相功率驱动电路连接。
3.根据权利要求1或2所述的低成本新型步进电机驱动装置，其特征是:所述的步进电机专用控制器为L297，所述的直流斩波器是以S19114A为核心的变换电路。
4.根据权利要求1或2或3所述的低成本新型步进电机驱动装置，其特征是:所述的步进电机专用控制器分别通过相位线A、相位线B、抑制线一与所述的A相功率驱动电路连接，所述的步进电机专用控制器分别通过相位线C、相位线D、抑制线二与B相功率驱动电路连接。
5.一种利用权利要求1一4所述的低成本新型步进电机驱动装置的半流锁定方法，其特征是:该方法包括如下步骤:系统接收步进脉冲信号CP、方向信号DIR、脱机信号FREE以及工作方式选择信号MODE，通过光耦隔离输入给L297，然后按一定的规律进行分配并输出逻辑控制信号，再经过功率驱动电路进行放大后加到步进电机各相输入端，以驱动步进电机按指令运转，当CLK的周期小于或等于TW时，晶体管一直处于截止状态，不存在锁定时间，而当CLK的周期大于TW或处于静止状态时，晶体管导通，电阻Rl并联至参考电压端，使参考电压减半，即实现了电流减半的功能。
【专利摘要】低成本新型步进电机驱动装置及半流锁定方法。步进电机可以实现信号变换，是数字控制系统中广泛应用的执行元件。同时步进电机驱动器也得到了很大的发展和改进，但是目前在工业应用中，多数驱动器体积较大，通用性不强，往往要求外接多路电源，而且成本不低。一种低成本新型步进电机驱动装置，其组成包括：直流斩波器（3），所述的直流斩波器与A相功率驱动电路（4）连接，所述的A相功率驱动电路与步进电机连接（1），所述的步进电机分别与B相功率驱动电力路（5）、过载保护电路（7）连接，所述的过载保护电路与步进电机专用控制器（2）连接，所述的步进电机专用控制器与光耦（6）连接。本发明应用于办公自动化、工业自动化机器等领域。
【IPC分类】H02P8-14, H02P8-12
【公开号】CN104617837
【申请号】CN201410702125
【发明人】李彦江, 巩诚
【申请人】黑龙江大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月28日