步进电机驱动器中MOSFET的驱动设计

/0 设计的试验结果 图 ? 所示为图 / 原理图实现的时序， 也是此次设计的试 验结果， 可以满足表 ’ 所示的真值表， 其中 36 为时钟信号， 4@’ 、4@? 分别为控制电 器 中 存 储 器 1>!#3/’!. 所实现的控制脉冲，由于 +.!’’"( 内 部 的 自 举 功 能，可以输出瞬间的高压 如 8’ A B!8， 然 后 保 持 8! A &8 仍为高电平。这 样步进电机就会在如图 所示的 1、 2、 3、 4 脉冲的 驱动下做规律的旋转，并 且只要控制指令脉冲的 数量、 频率及 1、 2、 3、 4 的相序，便可控制步进电 机的角位移量、转速及旋 转方向。 ?$ 结论 本 文 介 绍 的 是 一 种 高 性 能 )-(5C> 驱 动 集 成 电 器 +.!’’"( 在步进电机驱动器中的应用，它内部应用自举技术 来实现同一集成电路可同时输出两个驱动逆变桥中高压侧 与低压侧的通道信号。由于其自身的整形功能，实现了不论 输入信号前后沿的陡度如何，都可保证加到被驱动 )-(5C> 栅极上的驱动信号前后沿很陡，因而可极大地减少被驱动功 使 率器件的开关时间， 降低开关损耗。+.!’’"( 完善的设计， 它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证 了加到被驱动的逆变桥同桥臂上的两个功能 )-( 器件的驱 动信号之间有一互锁时间间隔，从而避免了被驱动的逆变桥 在 中两个功率 )-( 器件同时导通造成直流电源短路的危险。 +.!’’"( 内部不但集成有独立的逻辑电源与逻辑信号相连接 来实现与用户脉冲形成部分的匹配，而且还集成有滞后的下 拉特性的施密特触发器的输入级，及对每个周期都有上升或 下降沿解发的关断逻辑和两个通道上的延时欠电压封锁单 元，这就保证了当驱动电路电压不足时封锁驱动信号，防止 被驱动功率 )-( 器件退出饱和区并进入放大区而损坏。 D 参考文献 E 控制电机 D ) E 0 北京：机械工业出版 电子技术基础 D ) E 0 北京： 高等教育出 电机与电器 D ) E 0 北京： 北京理工大学 电机控制专用集成电路 D ) E 0 北京： 机
两个输出通道 （ 上通道及下通道 ）的控制脉冲通过逻辑 电路与输入信号相对应， 当保护信号输入端 ?Y 为低电平时， 同相输出的施密特触发器 ?A 输出为低电平， 两个 6? 触发器 的置位信号无效，则两或非门的输出跟随 :;’ 及 8;’ 变化， 控制信号有效；片中应用了两个抗干扰性能很好的 /YY L /<< 电平转换电路，决定了逻辑电路不受由于输出驱动开关动作 而产生的耦合干扰的影响。对于上通道，很窄的开通和关断 脉冲由脉冲发生器产生，并分别由 :;’ 的上升和下降沿触 发，脉冲发生器产生的两路脉冲用以驱动两个高压 A4? 电 平转换器，该两个转换器接着又对工作于悬浮电位上的 6? 触发器进行置位或复位， 这便是以地电位基准的 :;’ 信号的
采用 7 型桥式逆变 图中选用 , 沟道增强型 )-( 管 +.56!/" ， 是通过一种 结构。 +.!’’"( 输出级的工作电源是一悬浮电源， 自举技术由固定的电源得来的。 充电二极管 84’ 选用快恢复 二极管 .(’9。由于本课题所选用的步进电机工作频率小于 所以自举电容 3’ 选用 ’ !5。 为了能够向需开关的负载 /:7;， 提供瞬间电流， 应用中应在 833 和 3-) 间、 844 和 8(( 间连接 两个旁路电容， 设计中 3! 选用 "0 !! !5 的陶瓷电容， 3< 选用 "0 ’ !5 的陶瓷电容。电源 86 选用 #"843。负载 = 为步进电 机， >1 为电流取样环节。在控制电路输出的上和下通道输入 信号的作用下 8’ 、 从而在负载 = 8% 和 8! 、 8< 交替轮流导通， 上形成一个交替变化的交流电压和电流。由于步进电机角位 移量和指令脉冲的个数成正比，旋转方向与通电相序有关， 因此只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相 序， 便可控制设备的位移量、 速度和旋转方向。二相双四拍四 线混合式步进电机是 % 引线用于双极性驱动的，其中 1 和 2 是一对绕组，3 和 4 是一对绕组，控制各路 7+, 和 *+, 的相 序，便可实现电机绕组通电的相序 1234 ( 1234 ( 1234( 分配如表 ’ 所示。 1234( 1234，
%I ;6!EE"? 的工作原理及特点 ;6!EE"? 是美国国际整流器公司 （ ;+S*,+-SQ(+-. 6*PSQRQ*, <(VW-+X） 利用自身独有的高压集成电路及无闩锁 <A4? 技 术于上世纪末开发并投放市场至今独家生产的 A4?9>= 和 ;)K= 专用驱动集成电路。它的问世，使 A4?9>= 和 ;)K= 的 驱动电路设计大为简化，又具有快速完整的保护功能，因而 它的应用可极大地提高控制系统的可靠性并可缩小控制板 的尺寸。其原理框图如图 J 所示。
安徽电子信息职业技术学院学报 ’($ ! !""# !""# 年第 ! 期 第 0 卷 1 总第 !& 期 2 3456’78 49 7’:5; /4<7=;4’78 <488>)> 49 >8><=64’;<? @ ;’946A7=;4’ =><:’484)B )*+*,-. ’($ !&/(.$ 0 C 文章编号 D E0#E F G";" F "!
D ’ E 杨渝钦主编 0 社， ’&&"0 D ! E 康华光主编 0 版社， ’&BB0 D < E 沈裕康主编 0 出版社， ’&&%0 D % E 谭建成主编 0 械工业出版社， !""%0
!"#$%& ’( )*+,-. !/$0"/ 1#"2 $& 34" +3"55$&% 6 7’3’/ !/$0"/ 89:&% ;9" 6 <’&% =>#3/:?3@ >FG HIHGJ KLMJNOPQGR MFG OGRKSL NT )-(5C> 4JKUGJ PRGO KL MFG RMGHHKLS V WNMNJ OJKUGJX ILO MFG GYHGJKWGLM JGRPZMR IJG IZRN HJGRGLMGO0 A"< B’/2#@ RMGHHKLS V WNMNJ；+.!’’"(；)-(5C>；OJKUGJ !""#$ %$ !"
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! C 收稿日期 D !""0 F E! F "! C 作者简介 D 黄跃永 1 E&##I J F 2 ， 男， 汉， 安徽宿州人， 四十一所四室助理工程师。
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技术园地
黄跃永—— — 步进电机驱动器中 ’&()#* 的驱动设计
第!期
电平转换为悬浮电 位的过程。 对于下通 道，施密特触发器 ()* 的 输 出 使 下 通 道中的或非门输出 跟踪 *+, 而变化， 此 变化的逻辑信号经 电平转换后加给延时网络而后加到与非门电路，其同相和反 相输出分别用来控制两个互补输出级中的 )-( 管。图 % 为 +.!’’"( 的输入输出特性。 /0 +.!’’"( 在步进电机驱动器中的应用 基于上述功能与特点， +.!’’"( 被选用于步进电机的驱 动电路就显得恰如其分。具体的设计方案如图 / 所示 （ 图中 只给出了 1、 。 2 相控制电路， 3、 4 相与之相同 ）
步进电机驱动器中 A4?9>= 的驱动设计
黄跃永 1 中国电子科技集团公司第 %E 研究所， 安徽 蚌埠 !JJ"E" 2
C 摘 要 D 本文介绍了在步进电机驱动器中利用 ;6!EE"? 完成 A4?9>= 驱动的设计， 并给出试验结果。 C 关键词 D 步进电机；;?!EE"?；A4?9>=；驱动器 C 中图分类号 D =AJGJI 0 C 文献标识码 D K EI 引言 运动控制系统的数字化，使步进电动机的应用日益广 泛。 步进电动机把从驱动器输入的数字脉冲转换成电动机 转轴固定角度步进运动的输出， 输出的步数和脉冲数成正比 关系。步进电动机的主要优点是它们能完成准确的位置控 制， 但不需要位置反馈。 通常它采用开环控制方式， 在许多定 位控制中是最低成本的控制方案 L 在 MK!N F < 型卷筒式烟 支包装机中， 步进电动机对商标纸和封签的传送定位控制就 是一成功应用的典范。 本文结合卷筒式包装机控制系统设计 的项目实践， 对高性能的 A4?9>= 驱动集成电路 ;6!EE"? 在 步进电动机驱动电路中的应用进行了细致的研究和分析。 !I 系统简介 MK!N F < 型卷筒式包装机是国内先进的高速香烟包装 设备，其电控系统的设计融入了当代高新技术，属于计算机 网络控制系统， 包装能力为 %"" 包 L 分钟。 在该系统中共用了 两台步进电机， 其目的是通过控制步进电机来实现卷筒式包 装材料—— — 商标纸和封签的传送定位控制。 电，故设计出性能优良的步进电机驱动器对充分发挥步进电 机的性能是十分重要的。步进电机驱动器的基本部分包括变 频信号源、 脉冲分配器和功率放大器等， 如图 ! 所示。本文详 细介绍功率放大部分的 A4?9>= 驱动设计。
图 E 所示为 MK!N F < 型卷筒式包装机系统中商标纸和 封签的传送控制示意图。步进电动机正常运行 （ 不失步 ） 时， 转角严格地与控制脉冲个数成正比， 转速与控制脉冲频率成 正比， 能方便地实现正、 反转和调速及定位。 商标纸或封签上 印有待检测的色标，当在工作台上被传送时，其上的色标被 光电阅读机读出后以数字信号送入计算机， 计算机处理后送 给驱动器相应的指令信号， 然后驱动步进电机在速度或相位 上做相应的调整。 JI 步进电机驱动器的组成 在 MK!N F < 型卷筒式包装机系统中选用的步进电机是 O-PQRQP ?PQ*+SQRQP 公 司 的 >JJ’ 6:7 F 8’’ F ’? F "" 混 合 式 二相双四拍四线制步进电机 （ EI GT 步 距 角 L GI 07 L JN/ L 。由于步进电机必须配有专用的驱动器供 E0GU L EN""6OA）