[发明专利]空间机构用高速步进电机驱动电路及其控制方法

说明书

本发明提供一种空间机构用高速步进电机驱动电路，四片N沟道MOSFET组成单相绕道驱动H桥电路，每个所述MOSFET直接控制所述H桥电路开断状态。本发明提供一种空间机构用高速步进电机驱动电路的控制方法。本发明提供的空间机构用高速步进电机驱动电路，在驱动控制电路方面采用了分立式架构，达到了良好的散热效应。采用的分立器件均具有宇航记等级，能很好满足空间环境。本发明提供的空间机构用高速步进电机驱动电路的控制方法，采取了合理的组合逻辑，通过合理的开关逻辑、高频的驱动波形、正弦曲线加速方式保证了电机绕组电流的快速变化，实现了步进电机高速运动，同时，通过设置死区时间保证了在高速运动时的可靠安全性。

技术领域

本发明涉及空间机构驱动控制技术领域，特别涉及一种空间机构用高速步进电机驱动电路及其控制方法。

背景技术

目前，具有转动指向功能的运动机构是空间飞行器的重要组成部分，部分机构需实现快速运动，如入轨后太阳帆板有源展开，天线有源展开等，同时为不断提高载干比，轻量化小型化的步进电机应用越来越广泛，小型化电机为实现力矩放大往往采用了较高的减速比需电机高速运动，因此，在空间机构驱动控制方面，为满足快速响应及轻量应用，步进电机高速驱动需求日益增长。

在空间环境下，为满足长寿命高可靠应用，需采用宇航级器件，而目前能够满足步进电机高速驱动控制集成芯片主要为商业级，对步进电机高速驱动部分已经固化为IP核，仅通过对集成芯片简单外围设计及寄存器读写即可完成步进电机高速驱动，此外高集成芯片热耗集中难以适应空间机构长寿命高可靠性应用需求。

另外，目前空间用步进电机均为低速运动模式，直接采用该方法进行参数调整后驱动步进电机高速运动往往造成电机无法启动或启动中失步停止。因此，需结合目前空间机构驱动技术，进行空间机构用高速步进电机驱动控制方法研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间机构用高速步进电机驱动电路及其控制方法，以解决驱动步进电机高速运动造成电机无法启动或启动中失步停止的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种空间机构用高速步进电机驱动电路，四片N沟道MOSFET组成单相绕道驱动H桥电路，每个所述MOSFET直接控制所述H桥电路开断状态。

进一步地，四片所述N沟道MOSFET器件型号规格一致。

进一步地，采用高速反熔丝FPGA器件产生驱动控制信号，每个MOSFET分别对应一路信号。

本发明还提供一种空间机构用高速步进电机驱动电路的控制方法，当绕组电流处于正向增加阶段，通过左上桥臂和右下桥臂同时打开实现电流正向传递；当绕组电流处于正向递减阶段，通过右上桥臂打开实现绕组电流流向电源源端快速减少；当绕组电流处于反向增加阶段，通过左下桥臂和右上桥臂同时打开实现电流反向传递；当绕组电流处于反向递减阶段，通过左上桥臂打开实现绕组电流流向电源源端快速减少。

进一步地，当同一侧桥臂，下桥臂关断上桥臂打开时，采用具有不小于1MHz开关频率的MOSFET组成H桥电路，在下桥臂关断与上桥臂打开之间设置1～5us的死区时间。

进一步地，采用46KHz的开关控制信号，通过调节每个开关周期内10％～90％的开关开通比例完成绕组电流的快速微调。

进一步地，在启动阶段采用变频加速启动，采用正弦加速曲线。

本发明提供的空间机构用高速步进电机驱动电路，在驱动控制电路方面采用了分立式架构，达到了良好的散热效应。采用的分立器件均具有宇航记等级，能很好满足空间环境。

本发明提供的空间机构用高速步进电机驱动电路的控制方法，采取了合理的组合逻辑，通过合理的开关逻辑、高频的驱动波形、正弦曲线加速方式保证了电机绕组电流的快速变化，实现了步进电机高速运动，同时，通过设置死区时间保证了在高速运动时的可靠安全性。