[实用新型]可变细分式步进电机驱动电源

说明书

本发明是关于步进电机驱动电源，特别是反应式步进电机所用驱动电源的发明。该电源采用了可变细分电路，由细分电路产生阶梯波基准信号来控制功率级实行恒流斩波。

细分电路可以有效地解决步进电机运行中产生的低频振荡。有两种已经公知的细分电路、即由矩形波叠加产生阶梯波信号，采用先叠加后放大，或先放大后叠加的两种方法。这两种方法或是增加了线路功率容量，或是使元件数目成倍增加，导致成本增高。体积加大。而且硬件一旦完成，难以随意改变细分数。目前，新提出一种由计算机控制D／A有源转换集成芯片产生阶梯波的方法，理论上可实现无限细分。实际上，由于计算机工作频率及软硬件的限制，细分越多，工作频率要求越高，这使细分数受到限制，电路处理也较复杂，尤其在开环状态下运用，软件很难处理。这就是目前在功率步进电机驱动的数控系统中至今尚未有细分型电源出现的原因。

本发明采用了简便可靠的无源电阻网络实现D／A转换达到细分目的。图一为电源驱动板原理图，其中的R7－R13为电阻网络。该网络采用电阻组件，三根输入信号IA、IB、IC可实现八阶梯基准电压，由这三根输入信号组合，可实现0－7细分状态，以满足数控系统高速时运行速度快，低速时运行平稳的要求。这对于工业应用及采用的计算机（主频在8MHZ以内）是很方便的。需要增多细分数时，增加输入信号即可，成本低，可靠性高，很易实现。图一中斩波电流之幅值系由电压比较器T13（图二中）所控制，对于不同电流要求的电机，通过调整电阻R14可设定其额定电流值，满足了系列电源的要求。由于采用了可变细分电路，兼顾了数控系统的高低速运行要求，使整机性能远远优于目前一般的步进电机三相六拍驱动电路。

目前在功率步进电机驱动中，其动力性也是影响系统性能的重要指标。一般功率步进电机在功放部份较多地采用了无限流电阻的恒流电路。有两种办法实现恒流：一种是由定时电路对斩波驱动管实行脉宽调制方式，一种是由电流检测回路对斩波驱动管实行开关控制，这两种电路中一般均采用了脉冲变压器作推动元件，由于参数不一致，调整较复杂。同时数控机床所采用的功率步进电机，由于动力性能的要求，大多工作在高压大电流情况下，目前由于器件的限制，大多采用NPN型管子作驱动元件，致使电路性能不容易调到最佳状态，高速性能差。

本发明的另一特点是在主控电路上采用专门设计的厚膜集成电路组件，在驱动功率管上采用了新的两种电路，整个电源具有过热、过流自诊断及指示，保护功能，动力性好，可靠性高，维修方便。其电路图见图一。

图二为厚膜集成电路原理图。T1至T12为数字集成电路，T13至T15为线性集成电路，输入脚为1、2、3，输出脚为5、6，均低电平有效。其中5脚控制斩波开关管，6脚控制下管。（图一中之BG2）。8脚提供过热检测信号，9脚提供过流基准。4脚提供保护信号输出，12脚提供过热输出信号。7、14脚为电源。电路采用厚膜集成封装，除控制电路正常实现斩波工作外，一旦产生过流，比较器T14输出高电平，关断斩波管及下管，同时通知外设进行处理，提高了电路的可靠性。

斩波功率管部份，本发明设计了图三所示斩波功放电路，R105，D102，BG104组成PNP型复合管结构。其优点为容易获得高反压、低饱和压降、大电流的PNP型功率电路，从而省去了难于调整的脉冲变压器。而且散热及功耗优于达林顿管，线路基本无须调试。且若BG103管换为NPN管，其组合型式变为NPN型，这样可作对管使用。由于前置驱动管（BG103）与功率管BG104共用同一电源，线路简单。实际使用中可封装为厚膜集成块，仅引出e、c、b三根极性线供焊接。

项目中采用的另一种斩波功放电路如图四。其特点为直接采用NPN型达林顿管，用光耦GO01与其它部分隔离。其优点为功率级驱动管（BG201）为恒流输出，不受高压电源电压波动的影响，性能稳定。