專利名稱：有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的屬于機電控制電子產(chǎn)品中的脈沖驅(qū)動電路，主要應(yīng)用于步進電動機等電感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動。
在對步進電機等感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動中，主要技術(shù)關(guān)鍵是如何克服電感負(fù)載對脈沖驅(qū)動電流前后沿的影響，改善矩頻特性，提高工作頻率。通常的辦法是提高驅(qū)動電壓，因此有單低驅(qū)動、單高壓驅(qū)動和高低壓驅(qū)動等各種驅(qū)動電源，如專利號86202716和專利號91206837提出的驅(qū)動電源。這些電源，因為電壓的提高，電源輸入功率加大，使功耗大、電路復(fù)雜、成本高體積大，限制了步進電機的推廣和使用范圍。為了克服這些缺點，又產(chǎn)生新的驅(qū)動電源，如專利號91206837的《單電壓斬波型步進電機驅(qū)動電源》和專利號88105389的《高效步進電機驅(qū)動電源》它們是采取在驅(qū)動脈沖前沿電流上升以后，頻繁關(guān)斷高壓電路的方法得到降低驅(qū)動電壓的效果，從而省去了限流電阻，減少電阻的功耗，但是這種電源仍然要高壓驅(qū)動，只是以高壓電源供電代替了低壓供電，而且這種高壓狀態(tài)下頻繁開關(guān)的方法，對電路器件要求高。因此又增加了高壓驅(qū)動控制的難度。專利號87104760的《節(jié)能式步進電機驅(qū)動電源》用±7伏電源供電，功耗低、驅(qū)動電路簡單可靠，但它只能工作在低頻狀態(tài)，失掉了高頻工作功能，而且兩個7伏電源比一個14伏電源的成本要高。本發(fā)明提出的一個新的設(shè)計思想，即如何實現(xiàn)以低壓小功率供電，達到高壓供電的效果;如何在減少熱功耗的同時進一步回收能量。實現(xiàn)既提高高頻工作特性，又降低功耗、減少體積，因此本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動電路有獨特的新穎性和明顯全面地改進，其特征在于在以電感為負(fù)載的脈沖驅(qū)動電路中，采用若干組由二極管和電阻、電容所組成的積分電路，跨接在開關(guān)電路的兩端。當(dāng)驅(qū)動電流關(guān)斷時，該電路成為低阻抗的續(xù)流電路，而且利用二極管的單向?qū)щ娦?，將電感?fù)載的磁場能產(chǎn)生的感生電能存貯在電容中，形成電路中的動態(tài)電源。由于利用了電路的自感，把這些電源的電壓提升到遠高于供電電源電壓，通過調(diào)整RC的時間常數(shù)和積分電路的級數(shù)，使這些電源在一定的工作頻率下達到電路對電壓和容量的要求，應(yīng)用到脈沖驅(qū)動的動態(tài)過程中。從而實現(xiàn)了以單電源供電具有多電源供電的效果;用低壓供電有高低壓供電的效果;以小功率供電有較大功率供電的效果。而且還使電路更加簡單。因此能明顯的節(jié)約電能，提高技術(shù)性能，降低成本，縮小體積。
本發(fā)明提出在脈沖驅(qū)動電源中的能量回收和動態(tài)供電的基本特征是將電容5與二極管4串聯(lián)后接在低壓開關(guān)管3的集電極與地之間;將電容7與穩(wěn)壓管6和二極管4串聯(lián)后接在低壓開關(guān)管3的集電極與地之間;將電容9與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)后接到低壓開關(guān)管3的集電極與地之間;電阻10與二極管11的并聯(lián)電路，在與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)以后接到電源1的正極與電機繞阻2形成閉合環(huán)路，構(gòu)成了對繞組磁場的感生電流的低阻抗、大容量的積分延時電路，電容器5、電容器7和電容器9就成為在驅(qū)動電路的動態(tài)過程中給電路提供各種電壓和電流的電源(以下簡稱動態(tài)電源)如附圖
所示。當(dāng)開關(guān)管3關(guān)斷驅(qū)動電流時，電路將電感中磁場能產(chǎn)生的感生電能吸收到電容5、7、9之中。通過穩(wěn)壓管6、電阻8的作用和容量的調(diào)整，使電容5、7、9成為我們所希望的具有不同的容量和電壓的動態(tài)電源。二極管11將電容9上的電壓箝位于電源電壓之上，在工作頻率升高時，將動態(tài)電源多余的電能返回驅(qū)動電路中;電阻14具有能量平衡作用，當(dāng)脈沖頻率低和靜態(tài)時，為動態(tài)電源提供啟動電能。
本發(fā)明提出用動態(tài)電源取代常規(guī)電源的供電方法，是可以從上述電容5或7、9的正極與地之間直接接出，也可以加濾波電路后接出;還可以通過穩(wěn)壓為電路提供穩(wěn)壓直流電。這種電源直接利用回收的電能，減少了整機輸入功率，也無需整流電路，又因脈沖電流的頻率比市電高，所以漏波電容也大大減小。簡化了電路，縮小了體積。
本發(fā)明提出的提高脈沖前沿驅(qū)動電壓的電路。其特征在于將二極管19的正極接到電機繞組2，負(fù)極接到低壓開關(guān)管3的集電極，從開關(guān)管3的集電極接電容20的正極，電容20的負(fù)極接二極管21的正極，二極管21的負(fù)極接OV線，從電容20與二極管21的中間連接點接電子開關(guān)電路22到二極管19的正極，從開關(guān)電路22的控制極接電路18，使開關(guān)電路22在驅(qū)動脈沖的前沿導(dǎo)通。這樣，就在驅(qū)動脈沖的前沿將電容20串入了驅(qū)動電路，使驅(qū)動脈沖前沿的電壓提高，得到高壓驅(qū)動的效果。
本發(fā)明提出的提高脈沖前沿驅(qū)動電壓的另一特征是從低壓開關(guān)管的集電極接到二極管23的正極，二極管23的負(fù)極接電容24的正極，電容24負(fù)極接OV，從二極管23與電容24之間接電子開關(guān)25到電機繞組2的始端，從電機繞組2的始端接二極管26的負(fù)極，二極管26的正極接電源1的正極。這樣當(dāng)驅(qū)動脈沖前沿到來時，開關(guān)電路25被觸發(fā)導(dǎo)通，將電容24與電源并聯(lián)，因電容24上的電壓比電源1高，所以達到了提高前沿驅(qū)動電壓的目的。
本發(fā)明提出的用動態(tài)電源直接推動和控制高壓開關(guān)電路其特征在于將二極管27的正極接低壓開關(guān)管3的集電極，二極管27的負(fù)極與電容28串聯(lián)后接OV;從電容28與二極管27之間接電路29到高開關(guān)管31的基極，高壓開關(guān)管31的發(fā)射極接低壓開關(guān)管的集電極。這樣，當(dāng)?shù)蛪洪_關(guān)管3關(guān)斷時，電機的磁場能給電容28充電，當(dāng)后一脈沖前沿到來時，低壓開關(guān)管3開通，使電容器28經(jīng)電路29、.高壓開關(guān)管31的發(fā)射結(jié)和低壓開關(guān)管3放電，形成了高壓開關(guān)管31的基極推動電流，從而使高壓開關(guān)管31同時開通，將高壓串入驅(qū)動電路，實現(xiàn)脈沖前沿高低壓串聯(lián)驅(qū)動，當(dāng)前沿驅(qū)動電流上升以后，因電容28放電和高壓開關(guān)管31發(fā)射極電位的提高，高壓自動關(guān)斷。本電路在低壓未關(guān)斷以前電容28不再充電，在低壓未開通時高壓無法開通，達到互鎖保護的作用，無需其他保護電路。
本發(fā)明提出的用動態(tài)供電的方法來改進一般的高低壓驅(qū)動電路的方法也可以大大簡化推動、控制電路其特征在于二極管27、電容28的串聯(lián)電路并在低壓開關(guān)管3的集電極與地之間，從電容28與二極管27的中間接動態(tài)電源輸出電路29與脈沖變壓器的初級串聯(lián)后接到低壓開關(guān)管的集電極。這樣在低壓關(guān)斷時給電容28充電，在低壓開通的前沿，電容28經(jīng)電路29、脈沖變壓器的初級和低壓開關(guān)管3放電，形成推動電流，并通過脈沖變壓器藉合觸發(fā)高壓開關(guān)管31，實現(xiàn)推動、控制高壓開關(guān)電路的目的。
本發(fā)明為了解決脈沖驅(qū)動技術(shù)中自動升頻降頻電路復(fù)雜，體積大和變頻不平滑的問題，也采用動態(tài)電源的控制方法，其特征在于用電容器42與二極管43、44、45、46組成的整流喬串聯(lián)后，并接到脈沖電路中振蕩電容41的兩端，在整流喬的直流輸出端接電容47，將電阻48與可控電子開關(guān)49串聯(lián)后與電容47并聯(lián)，作為控制電容47放電的電路。這樣在脈沖電路振蕩的過程中，如果電子開關(guān)49開路，電容器47不斷充電，兩極板間的電壓不斷升高，脈沖電路通過電容42給電容47的充電量不斷減少，就等效于電容47與42的串聯(lián)容量不斷變小，所以脈沖頻率不斷升高，直到電容47上的電壓等于脈沖的振幅時，脈沖電源的頻率穩(wěn)定下來，完成自動升頻的過程。當(dāng)電子開關(guān)導(dǎo)通給電容47放電時，則脈沖頻率又不斷降低。實現(xiàn)自動降頻，這樣，當(dāng)我們控制開關(guān)電路49開通使電容47放電，脈沖頻率自動降低;控制開關(guān)電路關(guān)斷時，使電容47停止放電，脈沖頻率自動升高。這種自動升降頻的脈沖源，電路簡單，控制方便，升降頻平滑，正符合脈沖驅(qū)動的要求。
因此本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動電路，屬于機電控制領(lǐng)域，在應(yīng)用于步進電機等感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動電源中，由于它采取了回收電能和動態(tài)供電方式，使耗散功率成為有用功率，節(jié)約了電能，減少了輸入功率;利用電路產(chǎn)生的高壓加到驅(qū)動脈沖的前沿，實現(xiàn)了低壓供電具有高電壓驅(qū)動的效果;采用了動態(tài)電源推動、控制開關(guān)電路和脈沖電路，使電路簡單可靠。因此采用本發(fā)明有更明顯的提高性能、降低功耗、減少成本、縮小體積的特點，有推廣應(yīng)用價值。
權(quán)利要求
1.
權(quán)利要求
本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動電路有獨特的新穎性和明顯全面地改進，其特征在于在以電感為負(fù)載的脈沖驅(qū)動電路中，采用若干組由二極管和電阻、電容所組成的積分電路，跨接在開關(guān)電路的兩端。當(dāng)驅(qū)動電流關(guān)斷時，該電路成為低阻抗的續(xù)流電路，而且利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢㈦姼胸?fù)載的磁場能產(chǎn)生的感生電能存貯在電容中，形成電路中的動態(tài)電源。由于利用了電路的自感，把這些電源的電壓提升到遠高于供電電源電壓，通過調(diào)整RC的時間常數(shù)和積分電路的級數(shù)，使這些電源在一定的工作頻率下達到電路對電壓和容量的要求，應(yīng)用到脈沖驅(qū)動的動態(tài)過程中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1.在脈沖驅(qū)動電源中的能量回收和動態(tài)供電的基本特征是將電容5與二極管4串聯(lián)后接在低壓開關(guān)管3的集電極與地之間;將電容7與穩(wěn)壓管6和二極管4串聯(lián)后接在低壓開關(guān)管3的集電極與地之間;將電容9與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)后接到低壓開關(guān)管3的集電極與地之間電阻10與二極管11的并聯(lián)電路，在與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)以后接到電源1的正極與電機繞阻2形成閉合環(huán)路，構(gòu)成了對繞組磁場的感生電流的低阻抗、大容量的積分延時電路.電容器5、電容器7和電容器9就成為在驅(qū)動電路的動態(tài)過程中給電路提供各種電壓和電流的電源(以下簡稱動態(tài)電源)
3.根據(jù)權(quán)利要求1.用動態(tài)電源取代常規(guī)電源的供電方法，是可以從上述電容5或7、9的正極與地之間直接接出，也可以加濾波電路后接出;還可以通過穩(wěn)壓為電路提供穩(wěn)壓直流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1.提高脈沖前沿驅(qū)動電壓的電路。其特征在于將二極管19的正極接到電機繞組2，負(fù)極接到低壓開關(guān)管3的集電極，從開關(guān)管3的集電極接電容20的正極，電容20的負(fù)極接二極管21的正極，二極管21的負(fù)極接OV線，從電容20與二極管21的中間連接點接電子開關(guān)電路22到二極管19的正極，從開關(guān)電路22的控制極接電路18，使開關(guān)電路22在驅(qū)動脈沖的前沿導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1.的提高脈沖前沿驅(qū)動電壓的另一特征是從低壓開關(guān)管的集電極接到二極管23的正極，二極管23的負(fù)極接電容24的正極，電容24負(fù)極接OV，從二極管23與電容24之間接電子開關(guān)25到電機繞組2的始端，從電機繞組2的始端接二極管26的負(fù)極，二極管26的正極接電源1的正極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1.的用動態(tài)電源直接推動和控制高壓開關(guān)電路其特征在于將二極管27的正極接低壓開關(guān)管3的集電極，二極管27的負(fù)極與電容28串聯(lián)后接OV;從電容28與二極管27之間接電路29到高開關(guān)管31的基極，高壓開關(guān)管31的發(fā)射極接低壓開關(guān)管的集電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1.用動態(tài)供電的方法來改進一般的高低壓驅(qū)動電路的方法也可以大大簡化推動、控制電路其特征在于二極管27、電容28的串聯(lián)電路并在低壓開關(guān)管3的集電極與地之間，從電容28與二極管27的中間接動態(tài)電源輸出電路29與脈沖變壓器的初級串聯(lián)后接到低壓開關(guān)管的集電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1.解決脈沖驅(qū)動技術(shù)中自動升頻降頻電路復(fù)雜，體積大和變頻不平滑的問題，也采用動態(tài)電源的控制方法，其特征在于用電容器42與二極管43、44、45、46組成的整流喬串聯(lián)后，并接到脈沖電路中振蕩電容41的兩端，在整流喬的直流輸出端接電容47，將電阻48與可控電子開關(guān)49串聯(lián)后與電容47并聯(lián)，作為控制電容47放電的電路。
全文摘要
本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動電路。屬于機電控制領(lǐng)域，在應(yīng)用于步進電機等感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動電源中，由于它采取了回收電能和動態(tài)供電方式，使耗散功率成為有用功率，減少了輸入功率；利用電路產(chǎn)生的高壓加到驅(qū)動脈沖的前沿，實現(xiàn)了低壓供電具有高電壓驅(qū)動的效果；采用了動態(tài)電源推動、控制開關(guān)電路和脈沖電路，使電路簡單可靠。
文檔編號H02P8/00GK1100577SQ9311772
公開日1995年3月22日 申請日期1993年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月18日
發(fā)明者潘譜皇 申請人:潘譜皇