[发明专利]一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法及电路

权利要求书

1.一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将太阳帆板驱动机构所使用步进电机的自然步距细分为微步；

(2)将太阳帆板驱动机构驱动线路分为控制线路、驱动线路，令控制线路的D/A转换电路产生步进电机绕组电流参考正余弦信号、微处理器产生相序信号，将参考正余弦信号、相序信号送至驱动线路，使得步进电机两相绕组逼近正弦函数、余弦函数的阶梯波电流，进而在电机中产生低速旋转磁场，其中，低速旋转磁场转速能够进行调节进而调整电机转速；

(3)将步骤(2)得到的参考正余弦信号与固定频率的锯齿波进行合成，进而将电流调制成PWM控制信号，完成定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制；

所述的驱动线路采用桥式电路，PWM控制信号输入到桥式电路上桥臂的大功率管控制端，下桥臂功率管直接采用相序信号，上下桥臂独立控制；

通过上述驱动控制方法实现的驱动控制电路，包括正余弦信号产生电路、细分电路、锯齿波发生电路、H桥驱动电路、电流负反馈电路，其中：

正余弦信号产生电路，通过D/A转换器、D/A基准电压生成电路、微处理器实现；微处理器在数据总线端将程序存储器中内置的参考正余弦信号的2n个采样点数据逐个周期输出，数据通过D/A转换器转换生成对应的2n个模拟量U_SIN和U_COS，构成正弦、余弦的阶梯波信号循环输出，正余弦信号的频率可通过设置微处理器内部的定时器改变，调节定时时间可以调节电机的转速；

细分电路，由驱动电路靠精度控制电机相电流产生，通过细分数与电机参数来设置微处理器内部定时器的时间周期，控制正余弦控制信号的离散度，从而控制加在电机绕组控制端的步进脉冲频率，使得电机转动一微步的微步距角满足要求；

锯齿波发生电路，包括比较器、积分电路及附加线路组成的振荡电路，发出频率范围在3kHz～20kHz内、幅值0～-0.8V左右的锯齿波，经由运算放大器输出到功率放大线路，锯齿波的频率可通过调节积分电路的电阻、电容值，改变积分电路的时间常数，实现不同频率的锯齿波；

H桥驱动电路，通过Q1、Q2、Q3、Q4四个功率管的通断来实现的，Q1、Q2由正余弦信号与锯齿波信号的比较输出控制，工作在PWM开关状态；Q3、Q4主要由控制电路输出的相序信号进行控制，工作在常开或常关状态，电机绕组电流的流向决定四个功率管的工作状态；

电流负反馈电路，利用H桥下桥臂与功率地间的精密采样电阻实现对电机绕组正负半波电流的采样，经过比例积分校正网络，并以差分方式引入至驱动线路的正余弦信号输入端，通过比较器实现电流负反馈，以保证电流稳定，从而保证电机输出转矩的稳定。

2.根据权利要求1所述的一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，其特征在于：所述的自然步距细分为微步的方法包括为：首先将步进电机两相绕组分别通正弦电流、余弦电流，然后将每个步距细分成2n个微步，使得步进电机以同步机的方式微步平稳运行，其中，n为正整数，取值范围为3～8。

3.根据权利要求1或2所述的一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，其特征在于：所述的参考正余弦信号的产生过程包括如下步骤：

(1)将参考正余弦信号每周期均分为2n个采样点，然后将得到的2n个采样点以表格形式存放在程序存储器中，由控制线路的微处理器定时输出，并经D/A转换器产生电机控制电压，其中，采样点包括SIN数字量、COS数字量；

(2)D/A转换器根据SIN数字量、COS数字量产生SIN模拟电压、COS模拟电压并作为参考正余弦信号。

4.根据权利要求3所述的一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，其特征在于：所述的SIN数字量＝(2k-1)×Sin(2πm/K)，COS数字量＝(2k-1)×Cos(2πm/K)，其中，k为D/A转换器的转换位数，m为不大于2n-1的正整数，K＝2n；U_M为步进电机允许最大电流的D/A基准电压；sin模拟电压U_SIN＝-|U_MSin(2πm/K)|，cos模拟电压U_COS＝-|U_MCos(2πm/K)|。

5.根据权利要求1所述的一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，其特征在于：所述的上桥臂开关管选用功率三极管，下桥臂开关管采用N沟道功率管，下桥臂与功率地间有电流采样电阻，上桥臂功率管CE极间反并联有续流二极管。