三相混合式步进电机驱动器设计

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1、《机电技术》2010年第2期机电研究及设计制造三相混合式步进电机驱动器设计胡静丰宋波(1．武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430070；2．深圳纽科利核电工程有限公司，广东深圳518124)摘要：为了提高三相混合式步进电机低频运行的稳定性、降低系统噪声和振动，设计了采用功率器件和细分技术的驱动器。通过合理选择步进电机相绕组细分电流波形，增加步进电机运行的平稳性，具体的分析了控制电路的设计：电流指令发生器、电流闭环控制器以及故障保护电路。关键词：混合式步进电动机；驱动器；细分技术中图分类号：TM383．6文献标识码：A文章编号：1672—4801(2010)0

2、2—070—04早期的三相混合式步进电机驱动器是完全1．1主回路部分’由模拟电路实现，硬件电路复杂。随着电机驱动驱动器的主回路部分采用交直交电压型逆变朝着数字化的方向发展，后来出现了数字与模拟器形式。由不控整流桥、滤波器、逆变器以及三相结合的三相混合式步进电机驱动器，随着相混合式步进电动机等组成。不控整流桥和滤波高速DSP的出现，电机控制朝着全数字控制的电容器一起构成直流电压源，完成恒频恒压(CFCV)方向发展。一方面，由于采用全数字控制，硬件交流电源到直流电源的变换。不控整流桥由功率电路相当简单，成本低廉；另一方面，可以利用二极管完成，其中输入为220V、

3、50Hz交流电，输DSP运算速度快、精度高和软件编程灵活的特点，出直流电压为300V。逆变器实现从直流到变频变采用合适的控制策略，提高驱动器的性能。目前，压(VFVV)交流的转换，提供所要求的电流给三相步进电机驱动系统存在的主要问题之一是低频振混合式步进电机。逆变器由三菱公司生产的20A、荡。步进电机在低速运行时易出现低频振动现象，1200V功率模块组成。该模块内部集成了6只振动频率与负载情况和驱动器性能有关，低频振IGBT，构成三相全控逆变桥。驱动器采用两只霍动现象对于机器的正常运转非常不利。本文主要尔电流传感器检测步进电动机相电流的瞬时值。是针对步进电机

4、低频整荡的问题，设计了采用功1．2控制回路部分率器件和细分技术的驱动器。驱动器的控制回路部分主要包括电流指令发生器、电流闭环控制器以及故障保护电路三部分。1驱动器设计电流指令发生器的输入信号包括脉冲输入信号三相混合式步进电机驱动器系统分为两大部sP、正反转控制信号U／D、使能控制信号EN和分，一是主回路部分，二是控制回路部分。驱动细分控制信号MIC。另外还有步数选择开关和相器结构框图如图1所示。电流幅值选择开关，其中，脉冲输入信号可以由CNC系统或其他控制系统给出，接口采用RS422差动输入方式，这具有传输距离远、抗干扰能力强的优点。电流指令发生器结构图如图

5、2所示。艨冲辕八S嚣魏禳嘲D麟健麓褴魅粕薮莲辑粼鳙箍翻MIC镪藕期魄漉鞴择歼燕电薅岿簸建择歼装图2电流指令发生器结构图实际运行中，当三相正弦电流流过步进电动图1驱动器结构框图机绕组时，若对正弦电流进行正弦量化控制(如图70机电研究及设计制造《机电技术》2010年第2期3所示)，则函数的每一阶梯与电机的每一步相对立刻对D触发器清零，使D触发器输出Q=0，应，电机每转的步数就由每一个周期正弦电流的关断所有下桥功率管，使绕组电流减小。当V

6、虑到升沿到来时，使D触发器的输出Q等于环形分配实际应用的情况，系统选择了10倍细分功能。步器产生的逻辑信号。脉冲发生器产生脉冲信号，数选择用波段开关设置，通过和细分控制信号的接到D触发器的clock端，用这一脉冲信号检测电流反馈信号和环分信号，使触发器的输出Q为配合，可设置步进电动机的每转步数为200、300、600(无细分)、2000、3000、6000(细分)。相电流下桥环分信号，用Q去控制下桥臂功率管的导选择控制也由波段开关设置，它可以调整步进电通和关断，每来一个脉冲检测一次，实质上这是动机相电流设置值在1／4～l倍额定电流之间变一种恒频逐个脉冲比较的

7、定电流控制电路。化。循环计数器采用可编程逻辑器件GAL，两片输入到功放桥的总线电流是相电流的合成，在电机的每次状态转换以及在某一状态时的斩波EPROM中存放了产生各相电流的正弦量化数据。导通和斩波关断过程中，取样电阻上的取样电压D／A转换采用并行输入8位精度的AD7524。都实时在检测总线电流，当取样电压大于参考电』a压时，电流反馈信号会关断所有下桥臂功率管，这时就会有绕组续流发生，续流电流与相电压方’一、向相反，绕组电感储能向其余绕组回路和电源释ll放。这意味着总线提供电流减少。当总线电流减小到一定程度，使得取样电阻上的取样电压小于参考电压时，电流反馈信号

8、会使下桥臂的功率管J，bL-LJ_J重新开通，电源电