專利名稱：一種提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于航天用步進電機驅(qū)動控制領域，涉及一種提高航天用高電壓小內(nèi)阻步 進電機斬波頻率的電路。
背景技術：
高電壓、小內(nèi)阻步進電機其繞組的內(nèi)阻較小，當其工作時，繞組消耗的功耗很低， 因此具備高效率的特點；步進電機長時間工作時，不會產(chǎn)生大量的熱量進而避免步進電機 由于過熱而運行異常的事件發(fā)生。航天器由于其能源系統(tǒng)所能提供能源的限制，需要各單 元具有節(jié)能、高效率的特點，前述的高電壓、小內(nèi)阻步進電機就是一種適合航天器使用的步 進電機。這種步進電機的額定電壓較高，而其額定電流較小，因此其驅(qū)動電路以及控制方式 較為復雜，將其應用于航天器時，由于空間環(huán)境對電子設備的特殊要求，適合空間應用的控 制及驅(qū)動電路就更少。目前，常用的驅(qū)動電路有兩種，第一種是利用高質(zhì)量等級的步進電機驅(qū)動芯片 來實現(xiàn)其驅(qū)動電路，控制方式采用脈寬調(diào)制控制步進電機的運行，這種電路由于所選用 的驅(qū)動器為集成芯片，其控制方式較為單一，外加控制電路較為復雜，而且目前適合于 空間環(huán)境應用的芯片只有美國國家半導體公司生產(chǎn)的LMD18200-2D/883，其質(zhì)量等級為 MIL-STD-883，該質(zhì)量等級的元器件對于深空探測等應用時需要對其抗輻照性能等進行評 估，這些評估實驗成本極高，從而使得驅(qū)動電路成本極高。第二種是選用高質(zhì)量等級的功率 MOSFET來構建其驅(qū)動電路，控制方式可以采用恒頻斬波控制或者脈寬調(diào)制控制，然而其斬 波頻率較低，當斬波頻率大于IOkHz時，功率MOSFET的漏極不能處于截止和深度飽和狀態(tài)， 導致其的熱耗過大，使得驅(qū)動電路的效率變得很低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術利用步進電機集成驅(qū)動芯片控制方式單一、高質(zhì)量等級芯片種 類少的問題，以及功率MOSFET在較高斬波頻率時，功率MOSFET熱耗較大，驅(qū)動電路效率較 低的問題，本發(fā)明提供一種提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路。本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案如下一種提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路，包括微控制器或可編程邏輯器 件、功率MOSFET驅(qū)動器、功率M0SFET、步進電機和續(xù)流二極管；所述微控制器或可編程邏 輯器件與所述功率MOSFET驅(qū)動器連接，用于產(chǎn)生步進電機的控制信號來控制功率MOSFET 驅(qū)動器；所述功率MOSFET驅(qū)動器與所述功率MOSFET的柵極連接，其輸出信號控制功率 MOSFET的柵極；所述功率MOSFET的源極接地；所述步進電機繞組的一端與功率MOSFET的 漏極連接，另一端與供電電源連接；所述續(xù)流二極管與步進電機并聯(lián)，用于當步進電機的繞 組電流有突變時為其續(xù)流。本發(fā)明的有益效果是功率MOSFET的控制信號由微控制器或者可編程邏輯器件 產(chǎn)生，步進電機的控制方式可以靈活改變，其斬波頻率也可以根據(jù)需要靈活設置，由于采用
3了功率MOSFET驅(qū)動器，使得功率MOSFET的開關頻率顯著提高，從而顯著提高了高電壓、小 內(nèi)阻步進電機的斬波頻率，進而提高了驅(qū)動電路的效率，當選用高質(zhì)量等級的功率MOSFET 和功率MOSFET驅(qū)動器后，該方法可以顯著提高航天用高電壓、小內(nèi)阻步進電機的斬波頻率。


圖1是本發(fā)明提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路結構示意圖。圖2是本發(fā)明的電路在斬波頻率為200kHz時，用示波器所測得的功率MOSFET柵 極的波形示意圖。圖中1、微控制器或可編程邏輯器件，2、功率MOSFET驅(qū)動器，3、功率M0SFET，4、步 進電機，5、續(xù)流二極管。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路包括微控制器或 可編程邏輯器件1、功率MOSFET驅(qū)動器2、功率MOSFET 3、步進電機4以及續(xù)流二極管5 ；微 控制器或可編程邏輯器件1可以采用80C31或者CPLD或者FPGA等，由其產(chǎn)生步進電機的控 制信號來控制功率MOSFET驅(qū)動器2，功率MOSFET驅(qū)動器2可以選用MAXIM公司的ICL7667， 功率MOSFET驅(qū)動器2的輸出信號控制功率MOSFET 3的柵極；當功率MOSFET驅(qū)動器2的輸 出信號為高電平(IOV)時，功率MOSFET 3處于深度飽和狀態(tài)，當功率MOSFET驅(qū)動器2的輸 出信號為低電平(OV)時，功率MOSFET 3處于截止狀態(tài)；功率MOSFET 3可以選用頂公司的 JANS2N6798，圖1中的步進電機4是步進電機其中一相繞組的簡化結構，由電阻R和電感L 串聯(lián)構成，步進電機4繞組的一端與功率MOSFET的漏極連接，另一端與供電電源連接，當功 率MOSFET 3的漏極和源極導通時，步進電機4的繞組有電流通過，續(xù)流二極管5用于當步 進電機的繞組電流有突變時為其續(xù)流的作用。圖2是采用圖1所示的電路，當斬波頻率為200kHz時，用示波器所測得的功率 MOSFET柵極的波形，從波形圖可以看出，在斬波頻率為200kHz時，功率MOSFET處于截止和 深度飽和狀態(tài)。微控制器或可編程邏輯器件1可以采用lattice公司的isplsi 1032C-883芯片， 利用VHDL語言編程實現(xiàn)步進電機的控制信號。功率MOSFET驅(qū)動器2可以選用MAXIM公司 的MAX627MJA、ICL7667等多種高質(zhì)量等級的功率MOSFET驅(qū)動器，其輸出信號與功率MOSFET 3的柵極相連，用于驅(qū)動功率MOSFET 3并提高其開關頻率。功率MOSFET 3可以采用頂公 司的JANS2N6798、JANS2N6802等多種高質(zhì)量等級的功率M0SFET。利用本發(fā)明提高航天用 小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路，解決了高質(zhì)量等級的步進電機集成驅(qū)動芯片種類少的問 題。
權利要求
1.一種提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路，其特征在于，該電路包括微控制 器或可編程邏輯器件(1)、功率MOSFET驅(qū)動器(2)、功率M0SFET(3)、步進電機(4)和續(xù)流二 極管(5)；所述微控制器或可編程邏輯器件(1)與所述功率MOSFET驅(qū)動器( 連接，用于產(chǎn)生步 進電機(4)的控制信號來控制功率MOSFET驅(qū)動器O)；所述功率MOSFET驅(qū)動器( 與所述功率MOSFET C3)的柵極連接，其輸出信號控制功率 MOSFET (3)的柵極；所述功率MOSFET C3)的源極接地；所述步進電機(4)繞組的一端與功率M0SFET(3)的漏極連接，另一端與供電電源連接；所述續(xù)流二極管( 與步進電機(4)并聯(lián)，用于當步進電機的繞組電流有突變時 為其續(xù)流。
2.如權利要求1所述的一種提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路，其特征在 于，當所述功率MOSFET驅(qū)動器O)的輸出信號為高電平時，功率MOSFET C3)處于深度飽和 狀態(tài)；當所述功率MOSFET驅(qū)動器O)的輸出信號為低電平時，功率MOSFET⑶處于截止狀 態(tài)。
3.如權利要求1所述的一種提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路，其特征在 于，所述微控制器或可編程邏輯器件(1)為80C31或CPLD或FPGA，所述功率MOSFET驅(qū)動器 (2)是型號為ICL7667的驅(qū)動器，所述功率MOSFET (3)是型號為JANS2N6798的金屬氧化層 半導體場效晶體管。
全文摘要
一種提高航天用小內(nèi)阻步進電機斬波頻率的電路屬于航天用步進電機驅(qū)動控制領域，該電路包括微控制器或可編程邏輯器件、功率MOSFET驅(qū)動器、功率MOSFET、步進電機和續(xù)流二極管；微控制器或可編程邏輯器件用于產(chǎn)生步進電機的控制信號來控制功率MOSFET驅(qū)動器；功率MOSFET驅(qū)動器的輸出信號控制功率MOSFET的柵極；步進電機繞組的一端與功率MOSFET的漏極連接，另一端與供電電源連接；續(xù)流二極管與步進電機并聯(lián)，用于當步進電機的繞組電流有突變時為其續(xù)流。本發(fā)明使功率MOSFET的開關頻率顯著提高，從而顯著提高高電壓小內(nèi)阻步進電機的斬波頻率，進而提高驅(qū)動電路的效率。
文檔編號H02P8/14GK102082539SQ20101058667
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權日2010年12月14日
發(fā)明者黨源源, 宋克非, 徐抒巖, 王永成 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所