采用反饋控制的步進(jìn)電機(jī)高低壓驅(qū)動電路

張定元

摘 要：步進(jìn)電動機(jī)在工程中最常使用的電動機(jī)類型，而作為步進(jìn)電動機(jī)信號的控制裝置，其驅(qū)動電路的形式也有很多種。本論文主要涉及到了包含了檢測反饋控制功能的步進(jìn)電動機(jī)高低壓驅(qū)動電路的組成，還有它工作時所涉及的理論知識和在其使用過程中涉及到的具體參數(shù)變量的設(shè)計(jì)。本篇論文的作者采用了試驗(yàn)的方式，對傳統(tǒng)定時控制高低壓驅(qū)動電路、具有反饋控制的高低壓驅(qū)動電路還有恒流斬波驅(qū)動電路進(jìn)行綜合分析和比較，得到其電路功能和荷載能力的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電動機(jī) 驅(qū)動電路 反饋控制 檢測

1、引言

對于驅(qū)動電路來說，它的位置處在于主電路和控制電路中間的部分，主要的起到的作用是用來對來自于控制電路的信號進(jìn)行相應(yīng)倍數(shù)的擴(kuò)大，因?yàn)橹挥挟?dāng)來自于控制電路的信號到達(dá)一定的程度時，這個信號才可以使功率晶體管達(dá)到正常工作的狀態(tài)，而高低壓驅(qū)動電路是一種特殊的驅(qū)動電路，高低壓驅(qū)動電路又可以被叫做雙電壓驅(qū)動電路，它包括以下兩種形式，即分時控制控制驅(qū)動和脈沖變壓器式驅(qū)動。脈沖變壓器式驅(qū)動電路具有非常簡便的物理結(jié)構(gòu)，它是利用變壓器的工作原理進(jìn)行工作，利用的是次級感應(yīng)電壓來直接驅(qū)動絕緣柵雙極型晶體管，因?yàn)樽儔浩骶哂凶杩棺儞Q和隔離的作用，所以它可以使整個驅(qū)動過程更加簡單，不僅簡化了步進(jìn)電機(jī)的整個驅(qū)動過程，還能完善其他驅(qū)動裝置所不能解決問題，比如，他可以使驅(qū)動電路的供電裝置和絕緣柵雙極型晶體管的電源供電連接。這種類型的驅(qū)動電路還可以提高絕緣柵雙極型晶體管開關(guān)速度，具有穩(wěn)壓的效果，是目前使用范圍比較廣泛的一種電機(jī)驅(qū)動電路。但也是因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)中裝備了變壓器的緣故，所以其制造起來更加復(fù)雜，需要更加細(xì)致的制造工藝，因此增加了其制造成本，而且其生產(chǎn)不可以批量化，為大規(guī)模的制作脈沖變壓器式驅(qū)動電路增加了麻煩；而定時控制高低壓驅(qū)動電路中使用的關(guān)鍵性元器件是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以把控制脈沖進(jìn)行隔離，分解了一個同步的窄脈沖，來充當(dāng)高壓部分的有效控制信號。這個窄脈沖的寬度是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫態(tài)過程Δt，在其工作運(yùn)行時，高低壓控制管之間是聯(lián)通的。在其處于工作狀態(tài)時，對于Δt的大小控制比較嚴(yán)格，Δt過大過小都會影響它的驅(qū)動能力，當(dāng)Δt如果過大時，步進(jìn)電機(jī)會產(chǎn)生很大的電流，將會超出驅(qū)動管的負(fù)載能力燒壞兩個驅(qū)動裝置，嚴(yán)重的時候甚至可以燒壞整個不僅電動機(jī)；但是如果Δt過小，就不能夠有效的改善步進(jìn)電動機(jī)的高頻性能，在步進(jìn)電動機(jī)處于高頻爐工作狀態(tài)時，可能會產(chǎn)生丟步問題。在通常情況下，Δt的取值遵循一定的規(guī)律，它選取和主回路中的電氣時間常數(shù)τ大小相同的數(shù)值。恒流斬波驅(qū)動電路在工作時，當(dāng)處在同一個控制脈沖周期里時，整個工作過程會不斷的進(jìn)行導(dǎo)通、截止的工作，這樣復(fù)雜的工作程序會加控制管溫度升高的過程，當(dāng)控制管的溫度過高時，其驅(qū)動能力會被大大的阻礙，所以當(dāng)工作電流或者管內(nèi)的電壓差超過系統(tǒng)正常的負(fù)載能力時，會加快控制管的能量損耗過程，造成更多能量的浪費(fèi)。在這以外，斬波電路在工作的過程中伴隨著電流的不斷改變也會產(chǎn)生相應(yīng)的噪音現(xiàn)象，這種噪音又被稱作為高頻電磁噪音。為此，本篇論文的作者，又針對此種現(xiàn)象設(shè)計(jì)了帶有反饋環(huán)節(jié)的高低壓驅(qū)動電路，可以檢測驅(qū)動電路的工作性能，利用反饋控制高壓管連通的時間快慢，適應(yīng)不同的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，來減少管路的能量損耗，抑制升溫過程，提高系統(tǒng)的驅(qū)動效率。

2、電路原理與參數(shù)計(jì)算

通過比較高低壓反饋控制電路的結(jié)構(gòu)組成可以了解到，這個電路在一般情況下的高低壓驅(qū)動電路中額外加設(shè)了電流檢測電阻Rd還有反饋控制環(huán)節(jié)還有附加的驅(qū)動邏輯電路。

如果電流不斷加大，增大到電動機(jī)額定電流的1.2倍時，電流檢測電阻就會發(fā)揮其作用，檢測電阻Rd上面的電壓Uc不斷增大會超過參考的標(biāo)準(zhǔn)電壓Uref，這時檢測部分開始工作，會輸出一個正脈沖抑制高壓部分的工作，直接使高壓管的工作被切斷；這時候電源的來源是低壓電源，低壓電源UL通過VD2 提供電能，使電路中的電流大致在額定電流的0.9到1倍左右。因?yàn)殡妷弘娫刺峁┑碾娫从邢蓿瑫闺娐分械碾娏鞯陀诟邏弘娫此芙o予的上升電流；Rd電阻之上的電壓Uc也會低于參考電壓值Uref， 這是檢測部分就會停止工作，不在提供正向脈沖的輸出，這樣在一個控制脈沖存在的周期內(nèi)，VT1只能工作一次，要么處于導(dǎo)通狀態(tài)，要么處于截止?fàn)顟B(tài)，這樣就會極大限度的減少VT1在整個工作過程中所消耗的能量，降低熱量，減少損耗。而在此刻VT2 一直處在深度包和狀態(tài)，自身擁有很小的壓降，所以其熱量的損耗就很小。在整個電路的參數(shù)應(yīng)該遵循以下幾個要求：

3、驅(qū)動電路的實(shí)驗(yàn)對比分析

實(shí)驗(yàn)表明：低頻環(huán)境中工作的電路會產(chǎn)生很嚴(yán)重的電流超載，其最大電流嚴(yán)重的時候會達(dá)到步進(jìn)電機(jī)額定電流的1.4倍，損害高低壓控制管；而高頻條件下工作的控制脈沖寬度很窄，最大電流很小，易產(chǎn)生丟步現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得知，恒流斬波驅(qū)動電路可以在高低速時均具有很好的特性，但在斬波過程中損耗過大，會抑制電路的驅(qū)動效果。高低壓反饋控制驅(qū)動電路在低頻運(yùn)行時不會產(chǎn)生電流的超載，改變電壓Uref改變最大電流。

4、結(jié)論

（1）高低壓反饋控制驅(qū)動電路可以很好的提高步進(jìn)電動機(jī)的功能，不會出現(xiàn)低頻過載、高頻不足的丟步現(xiàn)象，還可以改變電源電壓Uh來適應(yīng)電路的不同需求，可以很好的提高步進(jìn)電動機(jī)的工作特性。

（2）高低壓反饋控制驅(qū)動降低了電磁噪音，減小能耗，加速性能好；

（3）高壓控制管降低了步進(jìn)電動機(jī)的保持力矩。

參考文獻(xiàn)

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