步进电机的驱动电源详细解析

步进电机的驱动电源

 

步进电机需配置一个专用的电源供电，电源的作用是让电机的控制绕组按照特定的顺序通电，即受输入的电脉冲控制而动作，这个专用电源称为驱动电源。步进电机及其驱动电源是一个互相联系的整体，步进电机的运行性能是由电机和驱动电源两者配合所形成的综合效果。

1、对驱动电源的基本要求

（1）驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都工满足步进电机的需要；

（2）要满足步进电机的起动频率和运行频率的要求；

（3）能最大限度地抑制步进电机的振荡；

（4）工作可靠，抗干扰能力强；

（5）成本低、效率高、安装和维护方便。

 

2、驱动电源的组成

  步进电机的驱动电源基本上由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成，如图5所示。

 

（1）脉冲发生器 

   

脉冲发生器是一个脉冲频率由几赫到几十千赫可连续变化的脉冲信号发生器。脉冲发生器可以采用多种线路，最常见的有多谐振荡器和单结晶体管构成的张弛振荡器两种，它们都是通过调节电阻R和电容C的大小来改变电容器充放电的时间常数，以达到改变脉冲信号频率的目的。图6是两种实用的多谐振荡电路，它们分别由反相器和非门构成，振荡频率由RC决定，改变R值即可改变脉冲频率。

 

（2）脉冲分配器

   

脉冲分配器中由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路，它根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加在脉冲放大器上，使步进电机按确定的运行方式工作。下面着重介绍CH250环形脉冲分配器。 

   

CH250环形脉冲分配器是三相步进电机的理想脉冲分配器，通过其控制端的不同接法可以组成三相双三拍和三相六拍的不同工作方式，

 

 

J3r、J3L两端子是三相双三拍的控制端，J6r、J6L是三相六拍的控制端，三相双三拍工作时，若J3r＝“1”，而J3L＝“0”，则电机正转；若J3r＝“0”，J3L＝“1”，则电机反转；三相六拍供电时，若J6r＝“1”，J6L＝“0”，则电机正转；若J6r＝“0”，J6L＝“1”，电机反转。R2是双三拍的复位端，R1是六拍的复位端，使用时，首先将其对应复位端接入高电平，使其进入工作状态，然后换接到工作位置。CL端是时钟脉冲输入端，EN是时钟脉冲允许端，用以控制时钟脉冲的允许与否。当脉冲CP由CL端输入，只有EN端为高电平时，时钟脉冲的上升沿才起作用。CH250也允许以EN端作脉冲CP的输入端，此时，只有CL为低电平时，时钟脉冲的下降沿才起作用。A0、B0、C0为环形分配器的三个输出端，经过脉冲放大器（功率放大器）后分别接到步进电机的三相线上。    

 

（3）脉冲放大器（功率放大器）

   

由于脉冲分配器输出端A0、B0、C0的输出电流很小，如CH250脉冲分配器的输出电流大约为200-400μA，而步进电机的驱动电流较大，如75BF001型步进电机每相静态电流为3A，为了满足驱动要求，脉冲分配器输出的脉冲需经脉冲放大器（即功率放大器）后才能驱动步进电机。图9是一个实用的脉冲放大电路，图中使用三级晶体管放大，第一级用3DG6小功率管，第二级用3DK4中功率管，第三级用3DD15大功率管，R6为步进电机限流电阻，随所配电机不同而异。

图9所示电路是单电压型驱动电源，它的特点是：线路简单，电阻R6与控制绕组串联后，可以减小回路的时间常数；但是由于R6上要消耗功率，使电源的效率降低，用这种电源供电的步进电机的起动和运行频率都不会太高。为了提高电源效率及工作频率，可采用高、低压切换型电源，其原理如图10所示。高压供电是用来加速电流的增长速度，而低压是用来维持稳定的电流值。低压电源中串联一个数值较小的电阻，其目的是为了调节控制绕组的电流，使各相电流平衡。