[实用新型]一种基于CAN总线的步进电机驱动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及步进电机系统在数字控制系统中的应用技术，具体地说是一种基于CAN总线的步进电机驱动装置。

背景技术

随着步进电机系统在各种数字控制系统中的广泛应用，各种数字控制系统随步进电机性能和使用条件的要求也越来越高。这就要求不断研制出高性能高可靠性高集成化低价位的驱动器满足需求。众所周知，国内对这方面的研究一直很活跃，但是可供选用的高性能的步进动机驱动器却很少，而且国内的驱动器方面基本都存在着体积大、外形尺寸不规则、性能指标不稳定及远没有达到系列化等问题，这就给驱动器的选用和安装带来了极大的不便，国外虽然有通用的各种类型的步进电机驱动器，但大都存在价格昂贵，与我国的系统连接不匹配等问题。

步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用的步进电机驱动器。步进电机系统的性能，除与步进电机自身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的性能。步进电机在运行时，一般有以下问题：

步进电机的各相绕组都是开关工作，多数电机绕组都是连续的交流或直流，而步进电机的各相绕组都是脉冲式供电所以绕组电流不是连续的。

步进电机各相绕组都是绕在铁心上的线圈，所以都有较大的电感。绕组通电时，电流不能迅速上升至额定值，电流上升率受到限制，绕组断电时，应该电流截止的相不能立即截止。绕组导通和截止都会产生较大的反电势，而截止时反电势将对驱动级器件的安全产生有害的影响。

步进电机运转时在各相绕组中产生旋转电势，这些电势的大小和方向将对绕组电流产生很大的影响。由于旋转电势基本上与电机转速成正比，转速越高，电势越大，绕组电流越小，从而使电机输出转矩也随着转速升高而下降。

步进电机的固有分辨率不高，不能精密位移。以应用最广的8极50齿两相混合式步进电机为例，其步距角为0.9°/1.8°，需配合机械减速机构以达到所需要的脉冲当量精度，但是，机械系统的增加也同时带来了一个误差源。

步进电机在低频运行时的振荡及过冲问题，严重限制了步进电动机的应用范围。对这个问题的解决办法，除了改善负载特性及附加机械阻尼外，还可以在驱动电源方面加以改善，如引入电磁阻尼、采用细分驱动等办法来解决。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决以上问题，提供一种能实现输出转矩不随着转速升高而下降、分辨率高、应用范围广的基于CAN总线的步进电机驱动控制的装置，使外围电路简单，接口能力强、成本低、可选资源丰富。

本实用新型实现了上述目的的技术方案包括：中央处理单元，所述中央处理单元与CAN总线接口电路相连，用于接收上位机的控制信号和上传步进电机的转角信息；与LED指示电路相连，用于指示步进电机的运行状态；与AD转换电路相连，用于检测步进电机的转动角度，以便控制器实现位置闭环；与键盘扫描电路相连，用于设置步进电机的细分数和相绕组的最大电流值；

斩波恒流驱动电路，与中央处理器通讯，输出接步进电机的驱动控制电路；

驱动控制电路，其输入与中央处理器通讯，并接收斩波恒流驱动电路输出信号，输出至两相步进电机；

电流检测电路，接收驱动控制电路的输出信号，输出至斩波恒流驱动电路。

所述斩波恒流驱动电路由D/A转换器，第一比较器、第二比较器，第一D触发器、第二D触发器组成，其中：D/A转换器接收来自中央处理单元的控制信号和数据，D/A转换器将电压信号输出给第一比较器、第二比较器的正向输入端，第一比较器、第二比较器的负向输入端接收电流检测电路检测到的电压信号，第一比较器、第二比较器的输出端接第一D触发器、第二D触发器的CD端，第一D触发器、第二D触发器的CLK端还接收中央处理单元输出的方波信号，第一D触发器、第二D触发器的输出端Q接至驱动控制电路的使能端，实现恒流、斩波功能。

所述电流检测电路包括采样电阻，由第40电阻和第40电容构成的低通滤波电路和由第41～42电阻和运算放大电路构成的放大电路，其输入端通过采样电阻与驱动控制电路的相连，将电枢电流信号转化成电压信号，以获得步进电机的电枢电流，采样电阻上的电压信号经所述低通滤波电路，输出频率与步进电机转速相对应、相位与步进电机相绕组的相位相对应、幅值与步进电机线绕组电流成正比的信号，经放大电路输出给斩波恒流驱动电路；