專利名稱：高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自動控制技術(shù)領(lǐng)域中執(zhí)行器件的步進(jìn)電機(jī)，尤其涉及一種 高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
步進(jìn)電機(jī)的性能是由電機(jī)本體和驅(qū)動裝置兩者配合決定的，目前的步進(jìn)電
機(jī)驅(qū)動裝置主要有兩種實現(xiàn)方案 一種方案是基于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 (MOSFET)等分立器件來實現(xiàn)；另 一種方案是基于專用集成電路(ASIC)來實 現(xiàn)。
但是，釆用以上兩種方案的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置均存在以下缺點(diǎn)首先，驅(qū) 動裝置的輸出端一般為晶體管輸出或MOSFET輸出，輸出電壓較低， 一般在40V
左右；其次，使用這些驅(qū)動裝置驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)時，步進(jìn)電機(jī)在高速狀態(tài)下輸出 轉(zhuǎn)矩比低速狀態(tài)衰減較多，輸出轉(zhuǎn)矩很小。輸出電壓低、輸出轉(zhuǎn)矩小會導(dǎo)致輸 出軸負(fù)載能力較小，在負(fù)載較大時會影響轉(zhuǎn)速或造成爬行現(xiàn)象，降低步進(jìn)電機(jī) 的性能。

實用新型內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置可以輸 出高電壓，并且驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)時可以使其在高速狀態(tài)下也能輸出高轉(zhuǎn)矩，以達(dá) 到提高步進(jìn)電機(jī)性能的目的。
為達(dá)到上述目的，提出以下的技術(shù)方案
一種高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，包括接口模塊、步進(jìn)電機(jī)控制芯片、驅(qū)動 放大模塊和橋臂
所述接口模塊接收控制信號，并將所述控制信號傳遞到所述步進(jìn)電機(jī)控制
芯片;所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片將所述控制信號進(jìn)行處理后輸入驅(qū)動放大模塊；所 述驅(qū)動放大模塊與所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片相連將所述控制信號進(jìn)行放大后輸入橋臂；所述橋臂與所述驅(qū)動放大模塊相連根據(jù)其主電源電壓及放大后的所述控 制信號輸出對應(yīng)電壓到步進(jìn)電機(jī)端子，所述橋臂包括上半橋和下半橋，所述上 半橋和下半橋為絕緣柵雙極型功率管。
在一個實施例中，還包括光電耦合芯片，所述光電耦合芯片與接口模塊相 連并接收所述控制信號、對所述控制信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換及將所述控制信號傳遞 到所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片。
在一個實施例中，所述光電耦合芯片的輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為晶 體管。
在一個實施例中，還包括取樣電阻；
所述橋臂下半橋經(jīng)取樣電阻接地，所述取樣電阻一端與所述步進(jìn)電機(jī)控制 芯片相連并輸出電流信號至所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片，所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片對 電流信號進(jìn)行斬波恒流的處理。
在一個實施例中，所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片對所述電流信號進(jìn)行脈沖分配、 細(xì)分的處理。
在一個實施例中，所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片釆用單片機(jī)或微控制器實現(xiàn)。 在一個實施例中，所述驅(qū)動放大模塊和橋臂均集成于智能功率模塊。 從以上技術(shù)方案可以看出，高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置中橋臂的輸出電壓直 接與步進(jìn)電機(jī)端子相連，而橋臂為上下兩個半橋絕緣柵雙極型功率管。絕緣柵 雙極型功率管是一種中大功率器件，與MOSFET相比，絕緣柵雙極型功率管能輸 出更高的電壓。這樣，步進(jìn)電機(jī)在工作時就處于高輸入電壓狀態(tài)。進(jìn)一步，由 于步進(jìn)電機(jī)在高輸入電壓作用下電路時間常數(shù)減小，從而輸入電機(jī)繞組的電流 增大，輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，因此由本驅(qū)動裝置驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)在高速狀態(tài)下 也實現(xiàn)了高輸出轉(zhuǎn)矩，使步進(jìn)電機(jī)具有更良好的性能。


圖i為高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)框圖2為高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置中取樣電阻電路圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例及說明書附圖進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置主要包括接口模塊、步進(jìn)電機(jī)控制 芯片、驅(qū)動放大模塊和橋臂。
一、 接口模塊
接口模塊接收控制信號，并將控制信號傳遞到步進(jìn)電機(jī)控制芯片。接口模 塊接收從控制器發(fā)送過來的控制信號，如時鐘脈沖信號、方向信號等信號，控 制器一般為單片機(jī)、數(shù)字信號處理器(DSP)等?？刂破靼l(fā)出的各種控制信號如 時鐘信號、方向信號等，由接口模塊接收，并輸入到步進(jìn)電機(jī)控制芯片的輸入 端。
二、 步進(jìn)電機(jī)控制芯片
步進(jìn)電機(jī)控制芯片將控制信號進(jìn)行處理后輸入驅(qū)動放大模塊。步進(jìn)電機(jī)控 制芯片主要用于實現(xiàn)斬波恒流功能和脈沖分配、細(xì)分功能。通過步進(jìn)電機(jī)控制 芯片之后，控制器控制信號才具有驅(qū)動電機(jī)大電流的能力。
斬波恒流功能如圖2所示，橋臂包括上半橋100和下半橋200，橋臂下半橋 200經(jīng)取樣電阻300接地，取樣電阻輸出電流信號，步進(jìn)電機(jī)控制芯片對電流信 號進(jìn)行斬波恒流的處理。橋臂下半橋200即低壓側(cè)經(jīng)取樣電阻300接地，該取樣 電阻300檢測輸出電流信號，該信號同時也與步進(jìn)電機(jī)控制芯片相連，反饋輸出 電流情況。步進(jìn)電機(jī)控制芯片對電流信號進(jìn)行處理，可實現(xiàn)斬波恒流功能。斬 波恒流功能是使用斬波技術(shù)，調(diào)節(jié)電機(jī)的電流，使它變化更平滑，不會發(fā)生突 變，從而使得步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動更平穩(wěn)。
脈沖分配、細(xì)分功能步進(jìn)電機(jī)控制芯片對電流信號進(jìn)行脈沖分配、細(xì)分 的處理。脈沖分配、細(xì)分的意義在于將步進(jìn)電機(jī)步距角變小，即每步的運(yùn)動角 度變小，這樣相當(dāng)于步進(jìn)電機(jī)每步的動作變細(xì)了，但頻率加快。使得運(yùn)動更平 滑，分辨率更高。
在實際應(yīng)用中，為節(jié)省成本，步進(jìn)電機(jī)控制芯片可采用單片機(jī)或其它微控 制器來實現(xiàn)。
三、 驅(qū)動放大模塊和橋臂
5驅(qū)動放大模塊接收經(jīng)步進(jìn)電機(jī)控制芯片處理后的控制信號，經(jīng)過放大后， 驅(qū)動橋臂工作。橋臂根據(jù)其主電源電壓及控制信號輸出對應(yīng)電壓到步進(jìn)電機(jī)端 子。橋臂包括上半橋和下半橋，本實施方式中，上半橋和下半橋都采用絕緣柵 雙極型功率管(IGBT)。
步進(jìn)電機(jī)控制芯片輸出的控制信號通過驅(qū)動放大模塊放大，可以直接輸入
到橋臂的輸入端；橋臂根據(jù)其主電源電壓及輸入端信號的情況，輸出對應(yīng)電壓； 橋臂的輸出電壓直接與步進(jìn)電機(jī)端子相連。而橋臂包括上下兩個半橋IGBT。
IGBT是一種中大功率器件，其輸出電壓較高。這樣，步進(jìn)電機(jī)在工作時就 處于高輸入電壓狀態(tài)。由于步進(jìn)電機(jī)在高輸入電壓作用下電路時間常數(shù)減小， 從而輸入電機(jī)繞組的電流增大，輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，因此由本驅(qū)動裝置驅(qū)動 的步進(jìn)電機(jī)在高速狀態(tài)下也實現(xiàn)了高輸出轉(zhuǎn)矩。
在優(yōu)選的實施例中，驅(qū)動放大模塊和橋臂均集成于智能功率模塊UPM), 這樣，智能功率模塊(IPM)內(nèi)部包含橋臂及其驅(qū)動放大模塊，其中橋臂為IPM 的輸出。
智能功率模塊不僅可以采用IGBT及其相應(yīng)驅(qū)動放大模塊來實現(xiàn)，還可以通 過分立器件來實現(xiàn)。
如圖1所示，在優(yōu)選的實施例中，高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置還包括光電耦 合芯片，光電耦合芯片的輸入端與接口模塊相連，輸出端與步進(jìn)電機(jī)控制芯片 相連。光電耦合芯片用于接收控制信號，并將控制信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，傳遞 到步進(jìn)電機(jī)控制芯片。
光電耦合芯片接收控制信號并實現(xiàn)控制信號與后續(xù)電路的光電隔離，防止 干擾。光電耦合芯片輸入端是發(fā)光二極管，輸出端是晶體管輸出。輸入端信號 經(jīng)光電轉(zhuǎn)換號通過輸出端輸出，這樣輸入信號與輸出信號之間就做到了光電隔 離，互不干擾。
本實施例中，光電耦合芯片輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系為輸出等于輸入。 光電耦合芯片的輸出信號輸入到步進(jìn)電機(jī)控制芯片。高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置可通過光電耦合芯片接收來自控制器如單片機(jī)、 數(shù)字信號處理器(DSP)等的信號，并且不會對控制器有任何干擾。
以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和 詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是， 對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以 做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。因此，本實用新型 專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1、一種高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于，包括接口模塊、步進(jìn)電機(jī)控制芯片、驅(qū)動放大模塊和橋臂所述接口模塊接收控制信號，并將所述控制信號傳遞到所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片；所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片將所述控制信號進(jìn)行處理后輸入驅(qū)動放大模塊；所述驅(qū)動放大模塊與所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片相連將所述控制信號進(jìn)行放大后輸入橋臂；所述橋臂與所述驅(qū)動放大模塊相連根據(jù)其主電源電壓及放大后的所述控制信號輸出對應(yīng)電壓到步進(jìn)電機(jī)端子，所述橋臂包括上半橋和下半橋，所述上半橋和下半橋為絕緣柵雙極型功率管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于，還包括 光電耦合芯片，所述光電耦合芯片與接口模塊相連并接收所述控制信號、對所 述控制信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換及將所述控制信號傳遞到所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述光電耦合芯片的輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為晶體管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于，還包括 取樣電阻；所述橋臂下半橋經(jīng)取樣電阻接地，所述取樣電阻一端與所述步進(jìn)電機(jī)控制 芯片相連并輸出電流信號至所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片，所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片對 電流信號進(jìn)行斬波恒流的處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述步 進(jìn)電機(jī)控制芯片對所述電流信號進(jìn)行脈沖分配、細(xì)分的處理。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述步 進(jìn)電機(jī)控制芯片采用單片機(jī)或微控制器實現(xiàn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動放大模塊和橋臂均集成于智能功率模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種高速步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置，包括接口模塊、步進(jìn)電機(jī)控制芯片、驅(qū)動放大模塊和橋臂所述接口模塊接收控制信號，并將所述控制信號傳遞到所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片；所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片將所述控制信號進(jìn)行處理后輸入驅(qū)動放大模塊；所述驅(qū)動放大模塊與所述步進(jìn)電機(jī)控制芯片相連將所述控制信號進(jìn)行放大后輸入橋臂；所述橋臂與所述驅(qū)動放大模塊相連根據(jù)其主電源電壓及放大后的所述控制信號輸出對應(yīng)電壓到步進(jìn)電機(jī)端子，所述橋臂包括上半橋和下半橋，所述上半橋和下半橋為絕緣柵雙極型功率管。本實用新型的驅(qū)動裝置輸出電壓高，且由本驅(qū)動裝置驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)在高速狀態(tài)下也實現(xiàn)了高輸出轉(zhuǎn)矩，使步進(jìn)電機(jī)具有更良好的性能。
文檔編號H02P8/12GK201323549SQ200820235249
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者彭振興, 杜如虛, 謝小輝, 翠 馬 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院