[其他]全數字化的步進電動機微步距驅動器

無效

• 申請號: 86210255
• 申請日: 1986-12-13
• 公開（公告）號: CN86210255U
• 公開（公告）日: 1988-12-28
• 發明（設計）人: 鄭庚宇;陸永平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P8/00
• 分類號: H02P8/00
• 代理公司: 哈爾濱工業大學專利事務所
• 代理人: 李鐵才,劉景祥

本實用新型屬于步進電動機的微步驅動裝置，尤其適用于大功率的步進電動機。

步進電動機微步距驅動器主要用于精密定位和微步距驅動系統中。通常它的最小步距可以小達1角秒左右，為此要求將原來整步運行時的一個驅動脈沖用一個具有細分階梯的波形來代替，所以微步距驅動器的功率輸出單元是以模擬狀態工作的。例如：文獻《步進電動機的微步驅動電路》哈爾濱工業大學學報1985年《電氣工程專輯》第193頁至198頁。在該設計中，脈沖移相控制單元的輸出脈沖經三相調寬脈沖形成單元后，通過電荷泵和有源濾波把脈沖電壓變換成具有細分階梯的波形，并由該模擬電壓驅動模擬功率單元進而驅動步進電動機。又例如，文獻《步進電動機可變細分微機控制》1985年《微特電機》第二期第29頁至30頁。在該設計中微型計算機的數字量由D／A轉換成模擬電壓再輸入模擬功率單元。然而，眾所周知，步進電動機模擬驅動單元的晶體管損耗很大，發熱嚴重。

本發明的目的是用開關驅動單元去代替模擬驅動單元，從而減少功率晶體管的損耗和發熱，并進一步簡化驅動器的整體結構，構成完全由數字電路組成的步進電動機微步距驅動器。

本發明最相近的設計為文獻《步進電動機的微步驅動電路》哈爾濱工業大學學報1985年《電氣工程專輯》所介紹的設計。如圖1所示。該設計由脈沖移相控制單元〔1〕；三相調寬脈沖形成單元〔2〕；數模變換單元〔3〕；模擬功放〔4〕，四部份組成。該設計的主要缺點是：數模變換單元〔3〕的結構復雜；模擬功放〔4〕的功率損耗和發熱嚴重。

本發明如圖2所示。它包括脈沖移相控制單元〔1〕，三相調寬脈沖形成單元〔2〕，其區別特征在于，三相調寬脈沖形成單元〔2〕的三相輸出端U₁～U₃直接與三相功率開關〔6〕連接，并通過功率開關驅動步進電動機〔5〕。于是達到了省掉數模變換單元〔3〕，并將模擬功放〔4〕換成功率開關〔6〕的目的。

由于本發明省去了數模變換單元〔3〕，簡化了驅動器整體結構，更主要的是功率晶體管工作在開關狀態，功率損耗與發熱遠比模擬功放小，而且功率開關電路〔6〕比模擬功放〔4〕簡單。由于該功率開關〔6〕的輸入電壓頻率為0.5KHZ～20KHZ，步進電動機繞組電感對該頻率電壓以及高次諧波電壓分量均有較好的平滑濾波作用，所以對電機運行來說，該頻率及其諧波分量產生的力矩波動是很小的。同時，這一微小的力矩波動對靜摩擦力矩引起的步距誤差有改善作用。本發明的另一個突出點在于，驅動器是由全數字化電路所組成，有利于制造成單片集成電路，提供更簡單、可靠的單片步進電動機微步距驅動器。

本發明適用于各種相數的步進電動機微步距驅動器，尤其適用于大功率步進電動機。

本發明的實施方案1，以三相步進電動機為例，如圖3所示。圖3中〔1〕為脈沖移相控制單元，其功能是將頻率為fc的時鐘脈沖分頻N次。分頻后的脈沖A的頻率為f₁＝fc／N，周期T＝N／fc，其相位則受控于指令控制脈沖fn，每輸入一個指令控制脈沖，A移相T／N周期。相移的方向取決于方向信號E電平的高低。圖3中〔2〕為三相調寬脈沖形成單元，其功能是將輸入脈沖A分成三相S₁，S₂，S₃，并與參考脈沖R比相后輸出調寬的三相脈沖U₁，U₂，U₃。它們的脈寬b與輸入指令控制脈沖個數n成線性關系，其頻率f＝f₁／3，波形圖如圖4所示。圖3中〔6〕為三相功率開關線路，它比模擬工作狀態的功放線路簡單得多。三相功率開關的輸入分別受控于寬度可變的脈沖電壓U₁，U₂，U₃，其頻率為f。其數值可在0.5KH₂－20KH₂內選擇?；陔妱訖C繞組電感的平滑濾波作用，以及并聯二極管的續流作用，流經步進電動機三相繞組電流的主要成分是平均電流，它們分別正比于脈沖電壓U₁，U₂，U₃的寬度。這樣每輸入一個指令控制脈沖，U₁，U₂，U₃就有一個相應的脈寬，其頻率f不變，步進電動機的各相繞組分別獲得一個相應的輸入平均電流，從而達到微步驅動的作用。

圖中：

fc－時鐘脈沖頻率；????????fn－指令控制脈沖頻率；