實(shí)用的步進(jìn)電機驅動(dòng)電路

概述

步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構，可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。

目前，對步進(jìn)電機的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專(zhuān)用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設計選用第三種方案，用PMM8713三相或四相步進(jìn)電機的脈沖分配器、SI-7300A兩相或四相功率驅動(dòng)器，組成四相步進(jìn)電機功率驅動(dòng)電路，以提高集成度和可靠性，步進(jìn)電機控制框圖見(jiàn)圖1。

圖1 步進(jìn)電機控制系統框圖

硬件簡(jiǎn)介

● PMM8713原理框圖及功能

PMM8713是日本三洋電機公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機脈沖分配器，適用于控制三相或四相步進(jìn)電機?？刂迫嗷蛩南嗖竭M(jìn)電機時(shí)都可以選擇3種勵磁方式，每相最小吸入與拉出電流為20mA，它不僅滿(mǎn)足后級功率放大器的輸入要求，而且在其所有輸入端上均內嵌施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力強，其原理框圖如圖2所示。

圖2 PMM8713的原理框圖

在PMM8713的內部電路中，時(shí)鐘選通部分用于設定步進(jìn)電機的正反轉脈沖輸入發(fā)。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法時(shí)，CP、CU兩端分別輸入步進(jìn)電機正反轉的控制脈沖。當采用單脈沖輸入時(shí)，步進(jìn)電機的正反轉方向由U/D的高、低電位決定。

激勵方式控制電路用來(lái)選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環(huán)形計數器則用于產(chǎn)生步進(jìn)電機在選定的勵磁方式下的各相通斷時(shí)序信號。

● SI-7300A的結構及功率驅動(dòng)原理

SI-7300A是日本三青公司生產(chǎn)的高性能步進(jìn)電機集成功率放大器，該器件為單極性四相驅動(dòng)，采用SIP18封裝。

步進(jìn)電機功率驅動(dòng)級電路可分為電壓和電流兩種驅動(dòng)方式。電流驅動(dòng)方式最常用的是PWM恒流斬波驅動(dòng)電路，也是最常用的高性能驅動(dòng)方式，其中一相的等效電路圖如圖3所示。

圖3 LM331電壓/頻率變換電路

● LM331芯片

LM331是美國國家半導體公司生產(chǎn)的雙列直插式8腳芯片，只需接入幾個(gè)外部元件就可以方便地構成電壓/頻率(V/F)變換電路，電路如圖4所示。

圖4 四相步進(jìn)電機功率驅動(dòng)電路

LM331的輸出頻率和輸入電壓存在如下關(guān)系：f0=Vi/(IRt1RL)，其中t1由外接的定時(shí)元件Rt和Ct決定，t1＝1.1RtCt，IR由內部精密電流源提供，IR＝1.9V/RS。故f0=ViRS/(2.09RtRLCt)。RS為可調電阻，它的作用是調整LM331的增益偏差。Ct為濾波電容，一般為? 0.01～0.1μF，在濾波效果較好的情況下，可使用1μF的電容。為了提高精度和穩定度，組容元件選用低溫度系數的器件。

應用舉例

用PMM8713步進(jìn)電機環(huán)形分配器與SI7300A步進(jìn)電機功率放大器設計了一個(gè)四相步進(jìn)電機功率驅動(dòng)電路，PMM8713采取單脈沖輸入、1-2相勵磁方式，電路如圖5所示。圖中PD控制端為SI7300A的輸入電流I0調節端，可懸空或接高電平，接高電平時(shí)可適當提高SI7300A的輸出電流I0，在本應用系統中懸空使用。圖中PMM8713的時(shí)鐘脈沖輸入信號由LM331(V/F)輸出，方向控制信號和步進(jìn)電機的起停信號由窗口比較電路給出。

圖5 窗口比較電路

窗口比較電路為步進(jìn)電機提供方向控制信號和步進(jìn)電機的起?？刂菩盘?，電路如圖6所示。其中，U1、U2為數控等離子切割機弧壓的上、下限電壓，Ui為檢測到的弧壓。當Ui>U1，V3輸出為高電平，V4輸出為低電平，V5輸出為高電平；當U2

方向控制信號V3或V4輸出端接PMM8713的C/D，控制步進(jìn)電機的正反轉；U5輸出端接PMM8713的復位端R，控制步進(jìn)電機的起停。LMM331(V/F)輸出端f0接PMM8713的CK，為步進(jìn)電機提供脈沖控制信號。由此可見(jiàn)，當U2U1或者Ui

結束語(yǔ)

該驅動(dòng)電路被用于數控等離子切割機弧壓自動(dòng)調高系統中，系統中的電機是42BYG009型混合式步進(jìn)電機，驅動(dòng)電壓為直流24V。通過(guò)實(shí)踐證明該步進(jìn)電機功率驅動(dòng)電路控制系統結構簡(jiǎn)單、性能穩定、效率高、矩頻特性好，可廣泛應用于小型機電一體化設備中。