分享一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖，步驟電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電路鴇，各部分電路的功能說(shuō)明，包括速度判別電路，過(guò)流、超溫檢測(cè)電路，各相繞組驅(qū)動(dòng)電路等。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停、精確定位的特點(diǎn)，在數(shù)字控制領(lǐng)域經(jīng)常使用步進(jìn)電機(jī)作為位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

步進(jìn)電機(jī)在快速運(yùn)行中，要求驅(qū)動(dòng)電路提供給步進(jìn)電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)電流盡可能地接近其技術(shù)指標(biāo)要求的數(shù)值，以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩．由于步進(jìn)電機(jī)是感性負(fù)載，當(dāng)運(yùn)行速度提高后要提高繞組的工作電流，必須提高電源電壓．實(shí)際應(yīng)用中，常采用的控制方式是高低壓恒流斬波控制。

在筆者給西北軸承廠改造磨床的過(guò)程中，設(shè)計(jì)了一種實(shí)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，它可以驅(qū)動(dòng)75BF003-130BF003四種型號(hào)的三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，最高運(yùn)行頻率每分鐘15 000步。

該電路除具有恒流斬波的特性外，還具有過(guò)流保護(hù)和超溫保護(hù)的功能．經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，表明電路的可靠性很高，從未發(fā)生由于電機(jī)故障而燒壞大功率管的問(wèn)題。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

1、電路的結(jié)構(gòu)

電路(圖1)由速度判別電路，過(guò)流超溫檢測(cè)電路，A、B、C相驅(qū)動(dòng)電路和電源組成．在該電路中，有單片機(jī)輸出的A相驅(qū)動(dòng)信號(hào)(PA)、B相驅(qū)動(dòng)信號(hào)(PB)、C相驅(qū)動(dòng)信號(hào)(PC)和鎖相驅(qū)動(dòng)信號(hào)(L)，均為低電平有效．驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的高壓電源采用AC70V整流濾波后供給，鎖相電源采用AC4.5 V半波整流后供給。

另外，電路還需要的+12 V和+5 V直流電壓采用對(duì)AC10V和AC5V經(jīng)過(guò)二極管整流濾波后獲得，數(shù)字電路所需要的電源通過(guò)板間接口J401由主機(jī)提供。

2 各部分電路介紹

2.1 速度判別電路

速度判別電路的核心是一片可重觸發(fā)單穩(wěn)CD4538(圖2)．當(dāng)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，首先將鎖相驅(qū)動(dòng)信號(hào)L置為高電電平，隨后PA、PB、PC按照A→AB→B→BC→C→CA→A(或AC→C→BC→B→AB→A→AC)的順序依次輪流出現(xiàn)低電平，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)一步一步地運(yùn)行．由于在運(yùn)行過(guò)程中，PA、PB和Pc信號(hào)至少有一個(gè)會(huì)出現(xiàn)跳變(上升沿或下降沿)，而這種跳變經(jīng)過(guò)由電阻和電容(如R470、C411、R471、R490和D431等)組成的微分電路變成一個(gè)負(fù)脈沖加到8輸入端與非門U409的輸入端，進(jìn)而在其輸出端產(chǎn)生一個(gè)正脈沖觸發(fā)單穩(wěn)U408A；U408A的輸出Q與鎖相驅(qū)動(dòng)信號(hào)L經(jīng)過(guò)由鍺開(kāi)關(guān)二極管D473、D474構(gòu)成的與門去控制A、B、C三相驅(qū)動(dòng)電路的斬波電路。

由于U408A的暫態(tài)時(shí)間大約是1 S，因此當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度低于每秒鐘l步時(shí)，速度判別電路先輸出約1 S的高電平，使各相驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行約1 S的恒流斬波動(dòng)作，使步進(jìn)電機(jī)迅速到位，隨后轉(zhuǎn)到鎖相狀態(tài)(步進(jìn)電機(jī)各相的電流降到其工作電流的大約一半)，以降低步進(jìn)電機(jī)的功耗。

2.2 過(guò)流、超溫檢測(cè)電路

過(guò)流、超溫檢測(cè)電路的核心是由電壓比較器LM393(U403A)構(gòu)成的施密特觸發(fā)器(圖3)。

在該電路中，鍺開(kāi)關(guān)二極管D437-D440構(gòu)成了1個(gè)或門，A、B、C三相電流檢測(cè)電阻上的電壓V1A、V1B 、V1C經(jīng)過(guò)該或門加到施密特觸發(fā)器的輸入端(U403A的3腳)。

當(dāng)這3個(gè)電壓中有任意一個(gè)超過(guò)U403A的2腳設(shè)定電壓+0.2 V(鍺二極管的正向壓降)時(shí)，由電壓比較器LM393構(gòu)成的施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，其輸出為高電平；這個(gè)高電平一方面通過(guò)D441的正反饋使其輸出維持為高電平，另一方面其輸出經(jīng)過(guò)U407E反相(VP信號(hào))將A、B、C相驅(qū)動(dòng)電路的高壓開(kāi)關(guān)管和鎖相開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，從而保護(hù)大功率三極管的安全。

S401-S406為安裝在6個(gè)大功率管上的常閉溫度開(kāi)關(guān)，其動(dòng)作溫度為70℃．當(dāng)6個(gè)功率管中的任意一個(gè)管殼溫度超過(guò)7O℃時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，高電平加到施密特觸發(fā)器的輸入端，從而使VP為低電平，將6個(gè)大功率管關(guān)斷，進(jìn)而保護(hù)大功率三極管的安全。

該電路一旦翻轉(zhuǎn)，必須關(guān)閉電源才能夠恢復(fù)，這樣就避免了一旦外部條件恢復(fù)正常電路自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)操作工人產(chǎn)生傷害情況的發(fā)生。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

2.3 各相繞組驅(qū)動(dòng)電路

步進(jìn)電機(jī)A、B、C三相繞組的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)完全一樣，現(xiàn)以A相驅(qū)動(dòng)電路為例介紹其工作原理．在圖4中，A和A'間接人步進(jìn)電機(jī)的A相繞組，V1A是A相繞組取樣電阻上的電壓，該電壓的大小反映了A相繞組中電流的大小。

R411和C401構(gòu)成上電復(fù)位電路，當(dāng)電路剛上電時(shí)，K1出現(xiàn)一個(gè)短暫的低電平，從而關(guān)閉鎖相開(kāi)關(guān)管BG405，避免步進(jìn)電機(jī)A、B、C三相同時(shí)通電情況的發(fā)生．T401為脈沖變壓器，采用Φ35 mm的鐵氧體磁罐制作。

在這里之所以將高壓開(kāi)關(guān)管BG404的驅(qū)動(dòng)采用變壓器耦合是為了避免前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，造成高壓開(kāi)關(guān)管長(zhǎng)期導(dǎo)通，進(jìn)而燒毀現(xiàn)象的發(fā)生。

大功率開(kāi)關(guān)管BG404和BG405采用摩托羅拉公司生產(chǎn)的MJ13333，其耐壓400 V，IcM為20 A，PcM為175 W．75BF003-130BF003型步進(jìn)電機(jī)的繞組電流為3～10 A，故選用MJ13333完全可以滿足需求．MJ13333上裝有指叉形散熱器，機(jī)箱中安裝4個(gè)軸流風(fēng)扇解決系統(tǒng)的散熱問(wèn)題．步進(jìn)電機(jī)各繞組運(yùn)行電流的調(diào)整可通過(guò)改變相電流取樣電阻R417和R419的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)．鎖相電流的改變通過(guò)調(diào)整鎖相電源的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在正常工作中，K為高電平，當(dāng)PA為低電平時(shí)表明A相繞組需要加電。

這時(shí)，由于A相繞組中的電流為0，VIA的電壓也為0，由電壓比較器LM393(U403B)組成的施密特觸發(fā)器輸出高電平。同時(shí)由于PA為低電平，故三輸入與非f-j U401A和U401C的輸出為低電平，進(jìn)而使鎖相開(kāi)關(guān)管BG405和高壓開(kāi)關(guān)管BG404導(dǎo)通，近100 V的直流電壓加到A相繞組上。

當(dāng)A相繞組中的電流超過(guò)6 A(以110BF003三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例)，U403B輸出變?yōu)榈碗娖?，從而使高壓開(kāi)關(guān)管BG404截止，這時(shí)A相繞組僅由鎖相電源提供電流，繞組中的電流開(kāi)始下降，當(dāng)A相電流下降使VIA的電壓小于U403B正輸入端(5腳)的電壓，高壓開(kāi)關(guān)管BG404重新導(dǎo)通，100 V高壓重新將A相繞組的電流提高，如此反復(fù)形成了恒流斬波的工作方式。

這里，電阻R421的存在使U403B的狀態(tài)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一定的回差，避免了U403B的連續(xù)高速翻轉(zhuǎn)，改變R421的大小，可以改變斬波的頻率。

在鎖相狀態(tài)時(shí)，由于鎖相驅(qū)動(dòng)信號(hào)L為低電平，K信號(hào)也為低電平，故而高壓開(kāi)關(guān)管截止．若這時(shí)PA為低電平，則鎖相開(kāi)關(guān)管BG405導(dǎo)通，A相繞組由AC4.5 V半波整流后的鎖相電源提供電流，此時(shí)繞組電流約為其工作電流的一半．這樣可以降低步進(jìn)電機(jī)的功耗，進(jìn)而減少電路和電機(jī)的發(fā)熱量。

一旦出現(xiàn)繞組短路或高壓開(kāi)關(guān)管擊穿的情況，VIA的電壓會(huì)迅速達(dá)到2.1 v(對(duì)應(yīng)繞組電流約13 A)，這時(shí)過(guò)流檢測(cè)電路會(huì)立即使VP為低電平，馬上使鎖相開(kāi)關(guān)管截止，避免電路故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)。

實(shí)際調(diào)試中，筆者曾將步進(jìn)電機(jī)的繞組用導(dǎo)線短路，結(jié)果保護(hù)電路立即動(dòng)作；關(guān)閉電源，拆除短路線后，重新接通電源，電路恢復(fù)正常工作。