[发明专利]发动机步进电机恒流源驱动模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要应用于步进电机的驱动器，尤其是具有采用隔离、恒流、限压等手段，通过步进电机控制航空发动机燃油流量的驱动器模块。

背景技术

现有技术步进电机的驱动电路有单一电压型、单电压恒流斩波型和高低压电源切换型等。单一电压型和单电压恒流斩波型这2种驱动方式都存在一定的缺陷,在应用中有一定的局限性。单一电压型驱动只有一种电压,线路简单,功率元件少,成本低.但这种方式存在的最大缺陷是在限流电阻上消耗的电能太多,因此单一电压型驱动电路中的限流电阻的增大受到了限制。随着航空发动机性能的提高和电子控制技术的发展,发动机控制系统已由原来的机械液压式发展到现在的电子模拟式,先进的数字式控制系统也正在研发使用中。

步进电动机或称脉冲电动机,是一种将离散的电脉冲信号转换成输出轴的角位移(或直线位移)的执行元件。它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点。但其步矩角较大,一般为1.5～3°,往往满足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。其突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速,快速起、停,正、反转及制动控制。步进电机由于受到其本身结构的限制,步矩角不可能做得很小。因而在运行时存在着走一步停一下的步进振动,输出转矩明显波动，在低频区工作时,有共振。由于步进电机的输出力矩和功率随速度增大而不断变化，所以保持转矩是衡量步进电机最重要的参数之一。虽然保持转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关。但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。步进电机的动态力矩很难确定，往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。阶越(突然)起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只考虑摩擦负载。运行温度过高会发生退磁现象导致力矩下降和失步。驱动放大器包括逻辑解释模块和电流放大模块。驱动放大器接受步进脉冲，方向信号等输入，输出两组(或几组)受控电流到电机的两个(或几个)绕组。逻辑解释模块根据用户上位机发来的步进脉冲、方向信号以及脱机信号等，使得各线圈(绕组)电流轮流切换，从而使电机转子步进旋转。电机工作方式只有两种，即整步工作和半步工作，步距角是由电机结构确定的。当基本步距角不能满足要求时，需要进行细分驱动。即每次输入脉冲切换时，不将电流全通或全断，而只改变相应绕组电流的一部分，从而转子只转动基本步距角的一部分。细分功能由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生，与电机无关。细分后，输出电流变化相对平稳，一定程度上提高输出转矩，减弱电机的低频振荡，提高步距精度。具体的改善程度视细分程度和驱动电路的质量而定。

电流放大模块将逻辑信号放大成工作电流。较为常用的是由场效应管组成的H桥电路。场效应管可以是一种电子开关，就像电灯开关。使用这种通断型开关来调整电流的常用方式是斩波恒流。恒流就是恒定电流。斩波就是将高出需要电流波砍掉。例如往一个漏水的杯子里加水，如加水速度大于漏水速度，就要停停加加，以免溢出。场效应管开通时，电流上升。当电流刚超过设定时，场效应管关断，电流被砍，掉下来。掉到低于设定时，场效应管再次打开，电流又上升。反复开关加上电机线圈电感作用，电流就保持在设定值了。需要指出的是，有些驱动放大器发热量(不是温度)很大，有些很小。主要原因是多数场效应管的内阻都在几百毫欧姆。驱动器的表面温度与发热量和散热面积相关。