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湖南步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方式
步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的驅(qū)動(dòng)器，如圖所示，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。圖中點(diǎn)劃線所包圍的二個(gè)單元可以用微機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)單元必須與驅(qū)動(dòng)器直接耦合(防電磁干擾)，也可理解成微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡(jiǎn)單介紹。 1.單電壓功率驅(qū)動(dòng) 實(shí)用單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口及單步響應(yīng)曲線 電路如圖所示。在電機(jī)繞組回路中串有電阻Rs，使電機(jī)回路 雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口 時(shí)間常數(shù)減小，高頻時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機(jī)的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡(jiǎn)單單電壓驅(qū)動(dòng)線路中，Rs是不可缺少的。Rs步進(jìn)電機(jī)單步響應(yīng)的改善如圖3(b)。 2.雙電壓功率驅(qū)動(dòng) 雙電壓驅(qū)動(dòng)的功率接口如圖4所示。雙電壓驅(qū)動(dòng)的基本思路是在較低(低頻段)用較低的電壓UL驅(qū)動(dòng)，而在高速(高頻段)時(shí)用較高的電壓UH驅(qū)動(dòng)。這種功率接口需要兩個(gè)控制信號(hào)，Uh為高壓有效控制信號(hào)，U為脈沖調(diào)寬驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。圖中，功率管TH和二極管DL構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)Uh低電平，TH關(guān)斷，DL正偏置，低電壓UL對(duì)繞組供電。反之Uh高電平，TH導(dǎo)通，DL反偏，高電壓UH對(duì)繞組供電。這種電路可使電機(jī)在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時(shí)功耗減小。 3.高低壓功率驅(qū)動(dòng) 高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口如圖所示。高低壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是，不論電機(jī) 高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口 4.斬波恒流功率驅(qū)動(dòng) 恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是，設(shè)法使導(dǎo)通相繞組的電流不論在鎖定、低頻、高頻工作時(shí)均保持固定數(shù)值。使電機(jī)具有 圖6 斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口 恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。這是使用較多、效果較好的一種功率接口。圖6是斬波恒流功率接口原理圖。圖中R是一個(gè)用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當(dāng)電流不大時(shí)，VT1和VT2同時(shí)受控于走步脈沖，當(dāng)電流超過恒流給定的數(shù)值，VT2被封鎖，電源U被切除。由于電機(jī)繞組具有較大電感，此時(shí)靠二極管VD續(xù)流，維持繞組電流，電機(jī)靠消耗電感中的磁場(chǎng)能量產(chǎn)生出力。此時(shí)電流將按指數(shù)曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當(dāng)電流小于恒流給定的數(shù)值，VT2導(dǎo)通，電源再次接通。如此反復(fù)，電機(jī)繞組電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波，如圖所示。 斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)，其中u1是數(shù)字脈沖，u2是模擬信號(hào)。這種功率接口的特點(diǎn)是:高頻響應(yīng)大大提高，接近恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，共振現(xiàn)象消除，但線路較復(fù)雜。相應(yīng)的集成功率模塊可供采用。 5.升頻升壓功率驅(qū)動(dòng) 為了進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高頻響應(yīng)，可采用升頻升壓功率驅(qū)動(dòng)接口。這種接口對(duì)繞組提供的電壓與電機(jī)的運(yùn)行頻率成線性關(guān)系。它的主回路實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源，利用頻率-電壓變換器，將驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率轉(zhuǎn)換成直流電平，并用此電平去控制開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸入，這就構(gòu)成了具有頻率反饋的功率驅(qū)動(dòng)接口。 6.集成功率驅(qū)動(dòng) 已有多種用于小功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的集成功率驅(qū)動(dòng)接口電路可供選用。 L298芯片是一種H橋式驅(qū)動(dòng)器，它設(shè)計(jì)成接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可用來驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。H橋可承受46V電壓，相電流高達(dá)2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的邏輯電路使用5V電源，功放級(jí)使用5~46V電壓，下橋發(fā)射極均單獨(dú)引出，以便接入電流取樣電阻。L298(等)采用15腳雙列直插小瓦數(shù)式封裝，工業(yè)品等級(jí)。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。H橋驅(qū)動(dòng)的主要特點(diǎn)是能夠?qū)﹄姍C(jī)繞組進(jìn)行正、反兩個(gè)方向通電。L298特別適用于對(duì)二相或 四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 專用芯片構(gòu)成的步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來提高導(dǎo)通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓UL來維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅(qū)動(dòng)器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅(qū)動(dòng)功率接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)Uh和Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時(shí)刻跳變，如圖所示。圖中，高壓管VTH的導(dǎo)通時(shí)間tl不能太大，也不能太小，太大時(shí)，電機(jī)電流過載;太小時(shí)，動(dòng)態(tài)性能改善不明顯。一般可取1~3ms。(當(dāng)這個(gè)數(shù)值與電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)相當(dāng)時(shí)比較合適)。
