[发明专利]高速高效低电压步进电机驱动电路

说明书

本发明属于数控技术领域，适用于步进电机单脉冲驱动电源。

步进电机是现代数控技术中常用的驱动器之一，它可以提供便于精确控制的转动或位移。步进电机一般具有三个或者四个线圈绕组，前者为三相六拍步进电机，后者为四相八拍步进电机。若要电机转动（一般每步为1°左右），需在电机各绕组上按一定顺序加上一系列脉冲电流，若要步进电机返转，则只需变化加脉冲顺序即可。例如常州微电机厂生产的36BF003型步进电机就是广泛用于控制系统的三相六拍步进电机，它有A、B、C三个绕组，在三个绕组上分别加有I_A、I_B、I_C三个脉冲序列，如附图1所示，加载（通电流）绕组分别为：C+A→A→A+B→B→B+C→C→C+A→……，或反顺序加电流。步进电机电源一个周期共分六拍，电机每拍转动一步，由此可知，若要电机旋转速度高，即每分钟转的步数多，就要所加脉冲电流重复频率高，也就是要求其驱动电路具有较高的工作频率。36BF003型步进电机的驱动电源（BQD₁-T型）是一种单脉冲驱动电源，它是由一个脉冲发生器产生原始脉冲，经一个分配器得到三个脉冲电压和波形完全相同、时间相关2/3个周期的脉冲序列，这三个脉冲序列分别送入三组彼此独立的驱动电路，驱动电路如附图2所示，BG₁BG₂组成电流放大器，BG₃组成功率放大器，L_A为电机的一个绕组，电阻值1.6Ω，电感0.015Hh，工作时的相电流为1.5A，R_A为外接大功率电阻，阻值为17.1Ω，25W，Z_D为氖泡，电源电压为27V，Q_A为由脉冲序列形成电路（分配器）来的A路脉冲序列（“36BF003型步进电动机电源使用说明书”常州电机电器总厂）。由电路可知，功率放大器工作在截止-饱和工作状态，也即当A路脉冲到来时，由BG₁、BG₂放大后馈给功率放大器BG₃，使其由截止迅速转为饱和，此时氖泡因有电流通过而发光，用以指示电机绕组L_A在工作;当脉冲过后，BG₃由饱和转为截止，此时电机绕组L_A上会产生一个反向电动势，它通过二极管D₂泄放绕组上的磁场能量。这种驱动电路具有电路简单的优点，但是，从上述电路不难看出，功率放大器的负载是电机绕组L_A，阻值为1.6Ω，电感为0.015Hh，BG₃在饱和时，管子内阻只有0.12Ω，LR回路的时间带数为 (L)/(∑R) ，因R较小L较大， (L)/(∑R) 值就很大，因此，电路的电流上升、下降速度就很慢，也即此电路的工作频率低，R_A就是为减小回路的时间常数，提高电路工作频率而在负载回路中串接的一个大功率电阻（17.1Ω 25W），为保证绕组有足够的脉冲电流幅度，必须采用较高的电源电压27V。因此这种驱动电路功耗大、效率低;由于外加大功率电阻R_A散热多，需外加风冷设备，如风扇，这不仅使总效率进一步下降，而且增加了噪声，也加大了电源体积，提高了成本。

本发明的目的就是针对现有电路之不足，提出一种新方案，既能保持单脉冲驱动电源电路简单的优点，又能工作在较高频率并具有较高效率。

本发明的技术要点是驱动电路的功率放大器工作在截止-放大工作状态，以晶体管由截止到放大过渡过程的动态电阻取代原电路中的外加大功率电阻，以提高驱动电路的效率。