直線電機伺服驅動器開關電源系統設計

趙梓旭

（吉林大學儀器科學與電氣工程學院）

在自動控制技術、計算機技術的深化發展下，人們對控制系統精準度提出了更高的要求，在需要進行直線運動操作的場合開始應用直線電機及其驅動控制技術。其中，直線電機伺服驅動器電源系統的供電質量深刻影響直線電機伺服驅動系統的整體性能。為此，文章結合實際就直線電機伺服驅動器開關電源系統問題展開探究。

1 直線電機伺服驅動器概述

1.1 內涵和組成

直線電機的工作原理和旋轉電機一致，主要是將旋轉電機定子和轉子按圓柱面展開成平面，成為直線電機的定子和動子。直線電機一般包含直線感應電機、直線直流電機、直線步進電機、直線同步電機。其中，后三者被人們用作伺服電機。①直線直流電動機。直線直流電動機主要是采用直流激磁、永磁體控制電機的速度，配合應用位置檢測反饋和專用的芯片。直線直流電動機的典型應用是用作音圈電機，這種電機具有喇叭狀的輻射狀磁場。②直線步進電動機。直線步進電動機是在旋轉步進電動機基礎上演變而來的，主要是將輸入的電脈沖信號直接轉換成相應的微步直線運動，被人們廣泛的應用在打印機、繪圖儀等領域。③直線同步電動機。直線同步電動機的速度、電頻率往往會保持精準的同步關系，對電源頻率的控制就是對電機運行速度的控制。在永磁材料性能的不斷發下，永磁材料被越來越多的人作為電動機材料，具有良好的可靠性和高效率。

1.2 硬件結構和原理

直線電機伺服驅動器主要由控制電路和功率電路共同組成，其中，控制電路以數字信號處理器為發展關鍵，具體包含位置信息檢測、電流檢測、外部接口電路等。功率電路的存在主要是被用來進行電能交換，發展核心是功率變換器。直線電機伺服驅動器開關電源能夠為直線電機伺服驅動器各系統硬件應用提供必要的工作。直線電機伺服驅動器的電流一般會通過霍爾傳感器進行收集，在采集信息之后應用運算放大器調節電路，之后通過DSP增強正交編碼脈沖模塊來獲取編碼器反饋正交編碼信號。

2 直線電機伺服驅動器開關電源系統設計

2.1 直線電機伺服驅動器開關電源主功率電路系統設計

2.1.1 主功率電路原理

直線電機伺服驅動器開關電源以電流型PWM芯片為主要控制器，具有良好的穩定性、精準度。直線電機伺服驅動器開關電源主功率電路主要由輸入保護電路、整流濾波、功率變換、輸出整流濾波、輔路線性穩壓共同組成，在實際應用中主要是對輸入端的過壓、過電流進行保護。在直線電機伺服驅動器開關主功率電路中，X電容、Y電容主要被用來濾除來自電網的共模干擾。在直線電機伺服驅動器開關電源變壓器T1一次側繞組性是上正下負，這個時候需要及時暢通Q1開關管，與此同時，二次側繞組極性是上負下正，整流二極管處于反向發展狀態，信息能量被存儲在變壓器中。

2.1.2 直線電機伺服驅動器開關電源變壓器的設計

①合理選擇磁芯。磁芯是高頻變壓器的重要組成，為了確保直線電機伺服驅動器開關電源系統穩定應用，在設計高頻變壓器的時候需要結合實際選擇磁芯的材料、結構、參數等。高頻變壓器磁芯一般在磁滯回線的第一象限工作，在開關管導通的時候開始存儲相關能量，在導通之后結束存儲能量。②原副邊匝數的確定。在以UC2843為主要控制芯片的反激電源設計中，在一般情況下，最大占空比Dmax通道一般選取0.45，根據整流之后的最小輸入直流電壓，確定輸出電壓Vol1和Vol2。直線電機伺服驅動器開關電源自供電電壓、輸出整流管壓降匝比計算公式如（1）-（4）所示。根據計算公式發現 Np：Ns1：Ns2：Nc=89：9：5：8。

2.1.3 直線電機伺服驅動器開關管和整流管的設計

根據直流電機伺服驅動級電路的實際情況來計算開關管和蒸餾管所需要承受的電壓壓力，在計算直線電機伺服驅動器運行所需要電壓壓力的時候還需要考慮器件在開通和關斷時候的高低電壓。直線電機伺服驅動器開關管和整流管計算公式如（5）、（6）所示。根據公式計算得出開關管Q1在選取600V/10AMOS管時，整流管D1和D8可以選擇100V/10A肖特基二極管。

2.2 直線電機伺服驅動器電壓反饋電路設計

直線電機伺服驅動器電壓反饋一般采用TL431+TLP281的方式，通過應用這種方式能夠起到穩定電壓和確保電壓輸出安全，使直線電機伺服驅動器電源擁有較好的負載調整率。另外，在應用TL431+TLP281這一電壓反饋之后還能夠有效補償光耦由于溫漂所引起的輸出端偏移。

2.3 PWM控制電路設計

UC2843控制芯片主要是一種電流型PWM控制芯片，在應用UC2843控制芯片的情況下能夠實現對電壓電流雙閉環電路信息的有效反饋。芯片4腳是定頻端口，通過外接串聯電阻電容能夠有效調節電路工作頻率，合理控制輸出電壓。

3 結束語

綜上所述，文章應用UC2843控制芯片設計了一種多路輸出的單端反激式開關電源，且在實際應用中將這種電源作為直線電機伺服驅動器的主要工作供電電源，直線電機伺服驅動器開關電頻系統設計符合相關要求，能夠為直線電機伺服驅動器的應用提供穩定電壓支持。

[1]羅亮，劉知貴，李盛培.直線電機伺服驅動器開關電源系統設計[J].機械設計與制造，2016（03）：209～211+216.

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