用場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)恒流斬波型
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源①
延俊華 王裕清(焦作礦業(yè)學(xué)院)
【摘 要】介紹一種用場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)的單電壓斬波型驅(qū)動(dòng)電源的原理與性能，并給出了電路參數(shù)的選取方法。試驗(yàn)證明，該驅(qū)動(dòng)電源的運(yùn)行頻率、矩頻特性、效率等明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品。
【敘 詞】場(chǎng)效應(yīng)晶體管，斬波器，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)，電源
引 言
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的數(shù)字執(zhí)行部件。它具有精度高、慣性小、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)控領(lǐng)域，尤其適合于對(duì)定位精度有較高要求的場(chǎng)合。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能與驅(qū)動(dòng)電源密切相關(guān)。但是現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電源普遍存在體積大、效率低、矩頻特性差、價(jià)格較高的缺陷。例如一臺(tái)90bf002型五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)售價(jià)不過三、四百元而與其配套的高、低壓驅(qū)動(dòng)電源卻需數(shù)千元才能買到。這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的推廣應(yīng)用。
本文介紹一種斬波型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，其功放電路采用vmos腫實(shí)現(xiàn)。
l改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源的技術(shù)關(guān)鍵
驅(qū)動(dòng)電源的電氣性能主要取決于輸出脈沖電流的波型。理想的電流波型為方波。實(shí)際上由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組電感的存在，只能近似實(shí)現(xiàn)梯形波。電流波形越接近方波，運(yùn)行頻率越高，矩頻特性越好，這就要求輸出脈沖電流的邊沿要陡，平頂部分要平。
圖1為高、低壓恒流切換斬波型驅(qū)動(dòng)電源的原理示意圖；圖2為其輸入信號(hào)與輸出電流的波形。在電流上升沿(t0,t1)段，tg導(dǎo)通，在+80v高壓作用下繞組電流迅速上升。當(dāng)電流上升到i2的時(shí)候，測(cè)流、比較電路控制tg關(guān)斷，td繼續(xù)導(dǎo)通，+12v低壓通過d1加在繞組上，電流下降。當(dāng)電流下降到i1時(shí)，tg將再次導(dǎo)通，電流快速上升，如此周而復(fù)始，形成梯形脈沖電流的平頂部分。在電流下降沿[t2,t3]段。td,tg均關(guān)斷，繞組電流通過高、低壓電源及d1、d2、r進(jìn)行放電，其反電勢(shì)為高、低壓之差，放電速度較快，圖1中電阻r的作用是限制電流幅度，減少時(shí)間常數(shù)。
在各類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源中，恒流斬波型屬性能較好之列，但是，這種電源
存在三個(gè)缺點(diǎn)。
a．使用高、低壓兩個(gè)直流電源，不如單電源簡(jiǎn)單；
b．電阻r功耗太大，使電源效率降低；
c．采用晶體管或達(dá)林頓管作為功放元件，響應(yīng)速度低，影響驅(qū)動(dòng)電源的運(yùn)行頻率。另一方面，由于晶體管放大倍數(shù)小，使前置放大電路復(fù)雜化，而且高壓驅(qū)動(dòng)需要進(jìn)行隔離，十分麻煩。
2 vmosfet斬波型驅(qū)動(dòng)電源
vmosfet（大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管）是目前國(guó)外廣泛應(yīng)用的一種功率器件。具有速度快，增益高的優(yōu)點(diǎn)，而且無二次擊穿現(xiàn)象，用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源非常合適。 ，
針對(duì)傳統(tǒng)電源存在的問題，對(duì)圖l所示驅(qū)動(dòng)電路加以改進(jìn)，研制出圖3所示單電壓斬波型驅(qū)動(dòng)電源。
2.l電路原理
圖3上部為脈沖電流功放電路，下部為電流檢測(cè)與控制電路。功放電路中，t1，t2為場(chǎng)效應(yīng)管，通過控制其開通、關(guān)斷實(shí)現(xiàn)恒流斬波。dl，d2為肖特基二極管，為繞組提供快速放電通路。穩(wěn)壓管d3的作用是在t3截止?fàn)顟B(tài)下為t1管提供穩(wěn)定的控制電壓，且對(duì)丁1具有保護(hù)作用．高壓三極管t3作為tl驅(qū)動(dòng)之用。
檢測(cè)電路中，運(yùn)放lm324對(duì)r1上取樣的電流信號(hào)進(jìn)行放大。比較器lm339接成史密特電路，其輸出電平y(tǒng)，與主電流f的關(guān)系如圖4所示。測(cè)流輸出v1與控制輸入v。綜合后得到丁j管控制信號(hào)v2，控制t．管的導(dǎo)通與關(guān)斷，對(duì)主電流進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒流斬波。t1，t2管的控制信號(hào)及主電流波形如圖5所示。
2．2電路參數(shù)選擇
功放電路各元件定額由輸出電流和電源電壓確定。需要說明的是，電源e
g作用是
