專利名稱：可變細(xì)分式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，特別是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)所用驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)明。該電源采用了可變細(xì)分電路，由細(xì)分電路產(chǎn)生階梯波基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)控制功率級(jí)實(shí)行恒流斬波。
細(xì)分電路可以有效地解決步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的低頻振蕩。有兩種已經(jīng)公知的細(xì)分電路、即由矩形波疊加產(chǎn)生階梯波信號(hào)，采用先疊加后放大，或先放大后疊加的兩種方法。這兩種方法或是增加了線路功率容量，或是使元件數(shù)目成倍增加，導(dǎo)致成本增高。體積加大。而且硬件一旦完成，難以隨意改變細(xì)分?jǐn)?shù)。目前，新提出一種由計(jì)算機(jī)控制D／A有源轉(zhuǎn)換集成芯片產(chǎn)生階梯波的方法，理論上可實(shí)現(xiàn)無(wú)限細(xì)分。實(shí)際上，由于計(jì)算機(jī)工作頻率及軟硬件的限制，細(xì)分越多，工作頻率要求越高，這使細(xì)分?jǐn)?shù)受到限制，電路處理也較復(fù)雜，尤其在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下運(yùn)用，軟件很難處理。這就是目前在功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)中至今尚未有細(xì)分型電源出現(xiàn)的原因。
本發(fā)明采用了簡(jiǎn)便可靠的無(wú)源電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)D／A轉(zhuǎn)換達(dá)到細(xì)分目的。圖一為電源驅(qū)動(dòng)板原理圖，其中的R7－R13為電阻網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用電阻組件，三根輸入信號(hào)IA、IB、IC可實(shí)現(xiàn)八階梯基準(zhǔn)電壓，由這三根輸入信號(hào)組合，可實(shí)現(xiàn)0－7細(xì)分狀態(tài)，以滿足數(shù)控系統(tǒng)高速時(shí)運(yùn)行速度快，低速時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)的要求。這對(duì)于工業(yè)應(yīng)用及采用的計(jì)算機(jī)(主頻在8MHZ以內(nèi))是很方便的。需要增多細(xì)分?jǐn)?shù)時(shí)，增加輸入信號(hào)即可，成本低，可靠性高，很易實(shí)現(xiàn)。圖一中斬波電流之幅值系由電壓比較器T13(圖二中)所控制，對(duì)于不同電流要求的電機(jī)，通過(guò)調(diào)整電阻R14可設(shè)定其額定電流值，滿足了系列電源的要求。由于采用了可變細(xì)分電路，兼顧了數(shù)控系統(tǒng)的高低速運(yùn)行要求，使整機(jī)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前一般的步進(jìn)電機(jī)三相六拍驅(qū)動(dòng)電路。
目前在功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，其動(dòng)力性也是影響系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。一般功率步進(jìn)電機(jī)在功放部份較多地采用了無(wú)限流電阻的恒流電路。有兩種辦法實(shí)現(xiàn)恒流一種是由定時(shí)電路對(duì)斬波驅(qū)動(dòng)管實(shí)行脈寬調(diào)制方式，一種是由電流檢測(cè)回路對(duì)斬波驅(qū)動(dòng)管實(shí)行開(kāi)關(guān)控制，這兩種電路中一般均采用了脈沖變壓器作推動(dòng)元件，由于參數(shù)不一致，調(diào)整較復(fù)雜。同時(shí)數(shù)控機(jī)床所采用的功率步進(jìn)電機(jī)，由于動(dòng)力性能的要求，大多工作在高壓大電流情況下，目前由于器件的限制，大多采用NPN型管子作驅(qū)動(dòng)元件，致使電路性能不容易調(diào)到最佳狀態(tài)，高速性能差。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是在主控電路上采用專門設(shè)計(jì)的厚膜集成電路組件，在驅(qū)動(dòng)功率管上采用了新的兩種電路，整個(gè)電源具有過(guò)熱、過(guò)流自診斷及指示，保護(hù)功能，動(dòng)力性好，可靠性高，維修方便。其電路圖見(jiàn)圖一。
圖二為厚膜集成電路原理圖。T1至T12為數(shù)字集成電路，T13至T15為線性集成電路，輸入腳為1、2、3，輸出腳為5、6，均低電平有效。其中5腳控制斬波開(kāi)關(guān)管，6腳控制下管。(圖一中之BG2)。8腳提供過(guò)熱檢測(cè)信號(hào)，9腳提供過(guò)流基準(zhǔn)。4腳提供保護(hù)信號(hào)輸出，12腳提供過(guò)熱輸出信號(hào)。7、14腳為電源。電路采用厚膜集成封裝，除控制電路正常實(shí)現(xiàn)斬波工作外，一旦產(chǎn)生過(guò)流，比較器T14輸出高電平，關(guān)斷斬波管及下管，同時(shí)通知外設(shè)進(jìn)行處理，提高了電路的可靠性。
斬波功率管部份，本發(fā)明設(shè)計(jì)了圖三所示斬波功放電路，R105，D102，BG104組成PNP型復(fù)合管結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)為容易獲得高反壓、低飽和壓降、大電流的PNP型功率電路，從而省去了難于調(diào)整的脈沖變壓器。而且散熱及功耗優(yōu)于達(dá)林頓管，線路基本無(wú)須調(diào)試。且若BG103管換為NPN管，其組合型式變?yōu)镹PN型，這樣可作對(duì)管使用。由于前置驅(qū)動(dòng)管(BG103)與功率管BG104共用同一電源，線路簡(jiǎn)單。實(shí)際使用中可封裝為厚膜集成塊，僅引出e、c、b三根極性線供焊接。
項(xiàng)目中采用的另一種斬波功放電路如圖四。其特點(diǎn)為直接采用NPN型達(dá)林頓管，用光耦GO01與其它部分隔離。其優(yōu)點(diǎn)為功率級(jí)驅(qū)動(dòng)管(BG201)為恒流輸出，不受高壓電源電壓波動(dòng)的影響，性能穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，特別是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，其電路采用可變細(xì)分式，恒流斬波驅(qū)動(dòng)，其特征是(1)細(xì)分電路用無(wú)源電阻網(wǎng)絡(luò)組成的D/A電路實(shí)現(xiàn)，直接安裝在驅(qū)動(dòng)板上；(2)采用了集成電路實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制。電路過(guò)熱、過(guò)流保護(hù)處理等功能；(3)其斬波功放管部分采用了PNP管和NPN管復(fù)合結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，(1)其集成電路控制模塊采用厚膜集成電路組件封裝形式；(2)階梯波D／A轉(zhuǎn)換采用R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13組成的電阻網(wǎng)絡(luò)組件；(3)其功放管采用圖三中BG103，BG104，D102，R105和D103諸元件組成的厚膜集成組件。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于可變細(xì)分式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)明。在這種驅(qū)動(dòng)電源中，采用了無(wú)源電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)可變細(xì)分功能，在驅(qū)動(dòng)控制上采用了包括有斬波控制，保護(hù)等功能的厚膜集成組件。在功率驅(qū)動(dòng)部分采用了新型的復(fù)合管結(jié)構(gòu)組件。采用這種驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)控系統(tǒng)，兼顧了高、低速運(yùn)行的要求，適用于較高精度及可靠性要求的數(shù)控領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02P8/00GK2049845SQ89202160
公開(kāi)日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1989年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月28日
發(fā)明者趙宗政 申請(qǐng)人:瀘州Ct數(shù)控技術(shù)開(kāi)發(fā)中心