脈寬調(diào)制斬波型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器
陳百碌 金克 呂越芝 張平 （西安微電機(jī)研究所）
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能與其驅(qū)動(dòng)電路及參數(shù)密切相關(guān)，為了提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，采用細(xì)分技術(shù)是十分有效的措施，國外對細(xì)分技術(shù)的研究一直很活躍，近幾年國內(nèi)在恒流斬波電路的基礎(chǔ)上對細(xì)分電路也進(jìn)行了大量的研制，已開始朝商品化階段發(fā)展。例如，常州微電機(jī)廠的bqxl-004驅(qū)動(dòng)器等。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為數(shù)字式執(zhí)行元件，其系統(tǒng)與交直流系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、定位方便等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路存在許多不足之處，如低頻振蕩、噪聲大、分辨率不高等，嚴(yán)重地制約著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍。近幾年來，各種文獻(xiàn)不斷提出方案以提高其性能，如平滑驅(qū)動(dòng)、高效驅(qū)動(dòng)等，尤其是細(xì)分技術(shù)的采用拓寬了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍，提高了與ac、dc系統(tǒng)的抗衡能力。
本文介紹一種實(shí)用的電流閉環(huán)脈寬調(diào)制( pwm)恒流斬波型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分電路，其驅(qū)動(dòng)級采用pwm專用集成電路，功放電路采用大功率場效應(yīng)管(vmosfet)，電路具有全能量反饋，提高了效率和矩頻特性，系統(tǒng)可靠性高。
2傳統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路特點(diǎn)
傳統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(見圖la)采用雙電壓恒流斬波原理。圖lb是其控制信號歿電流波形。該電路的特點(diǎn)是：
a．當(dāng)電壓ui消失時(shí)，由于采用了能量反饋，提高了效率。改善了矩頻特性。
b．低速運(yùn)行時(shí)，由于繞組電流沖擊大，出現(xiàn)低頻振蕩，使運(yùn)行不平穩(wěn)，噪聲大，影響加工的粗糙度。
c．定位精度沒有提高。
d．電磁噪聲大。由于斬波頻率一般設(shè)定在1—2khz，因而斬波噪聲大。由于各相斬波頻率由反饋設(shè)定，很難保證斬波頻率、相位的一致性，當(dāng)電 機(jī)二相或三相同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，會(huì)因互感而產(chǎn)生所謂的“差頻噪聲”。
e．采用雙電壓形式，沒有單電壓簡單。
f．在斬波期間，仍有0.5nl的損耗，甩為斬波次數(shù)。
這種系統(tǒng)只適用于加工精度要求不高的場合。目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的改造型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)大部分是這種類型。
3 pwm斬波分驅(qū)動(dòng)電路
該驅(qū)動(dòng)思安陸原理框圖如圖2所示
該電路采用了大功率vmosfet得vmosfet管具有驅(qū)動(dòng)功率低、開關(guān)遍快、正溫度系數(shù)、安全區(qū)大、無二次擊身高增益等優(yōu)點(diǎn)。
該驅(qū)動(dòng)電路的技術(shù)關(guān)鍵是：
a．采用細(xì)分技術(shù)，提高定位精度，克服低頻振蕩，減小噪聲。
b．為保證細(xì)分后階梯電流波形前后沿一致，采用了v1、v2管同時(shí)斬波原理，實(shí)現(xiàn)了全能量回饋，提高了電源效率。
c．由于斬波期間電流的沿很陡，為證有足夠小的要求有足夠商的斬波率，而采用vmosfet管。
d．為了克服電磁噪聲，斬波頻率應(yīng)小于20khz，超出人耳的聽覺范圍；由pwm專用集成電路易實(shí)現(xiàn)外同步，使各斬波頻率、相位****一致，消除了“差頻噪聲”。
e． 采用單電壓形式，使電路更為簡單。
以西安微電機(jī)研究所生產(chǎn)的i60bf5b電機(jī)為例，簡要說明驅(qū)動(dòng)電路的工作原理，其細(xì)分?jǐn)?shù)n=5。
計(jì)算機(jī)可提供系統(tǒng)所需的信號，有硬環(huán)分和軟環(huán)分兩種。硬環(huán)分可由eprom或gal實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成所謂“e+p”或“g+p”細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。
由于采用五細(xì)分，細(xì)每相需三根控制線，取其六種狀態(tài)000，001，010，．011，100，101，代表各臺(tái)階狀態(tài)。 d／a轉(zhuǎn)換，邏輯部分接收由計(jì)算機(jī)發(fā)來的信號，輸出相應(yīng)的電壓基準(zhǔn)和相序控制信號，其波形與相位關(guān)系如圖3所示。
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