新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的研制
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
在實(shí)時控制領(lǐng)域，16位單片機(jī)由于其運(yùn)算速度和精度已得到廣泛的應(yīng)用，尤其在工業(yè)過程控制及儀表中，16位單片機(jī)對于步進(jìn)電機(jī)的精確控制具有特別重要的意義。在對某型船用燃油機(jī)的油門控制器的研制過程中,步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，如何提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動平穩(wěn)性、抗干擾性、可靠性成為研究的核心問題。
對于基于16位單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)來說，驅(qū)動電源的輸出直接作用于步進(jìn)電機(jī)的繞組，因而驅(qū)動電源性能好壞直接影響步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能。
2 對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的核心要求
由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電流比較大,所以單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的連接需要專門的功率放大電路和驅(qū)動電路。油門控制要求響應(yīng)速度快,運(yùn)動曲線復(fù)雜,所以要求步進(jìn)電機(jī)提高運(yùn)行特性和反應(yīng)速度.因此控制系統(tǒng)對于功率放大驅(qū)動電路的核心要求是:
(1) 按總體要求提供步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電流;
(2) 實(shí)現(xiàn)對信號電流的快速響應(yīng);
(3) 保證步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)性;
(4) 保證步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行精度,即做到步進(jìn)電機(jī)不失一步;
本次設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)的型號為75BF001,工作在三相六拍方式,額定電壓24伏靜態(tài)電流3A,步距角1.5°,保持轉(zhuǎn)矩0.392 N·M,空載啟動頻率1500 PPS。
3 對步進(jìn)電機(jī)功率放大電路的分析
本次設(shè)計(jì)采取80C196KC P1.0、P1.1、P1.2分別發(fā)出A相、B相、C相。步進(jìn)脈沖經(jīng)過光耦隔離后，再加至功率放大驅(qū)動電路。其初步電路方案如圖2。當(dāng)某一路，如P1.0為“1”時，光耦不工作，CMOS 管IRFP250導(dǎo)通。A相線圈通電，P1.0為“0”時，光耦工作，CMOS管IRFP250 B極拉至低電平而截止，線圈斷電。由此可見，改變P1.0～P1.2引腳的電平,可實(shí)現(xiàn) A相～C相的通斷電控制。
其中,快速二極管D1的作用是為繞組建立續(xù)流回路,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)某一相斷電時,不會因?yàn)楦行栽a(chǎn)生沖擊電流和反向高壓,對CMOS管IRFP250起到保護(hù)作用。
CMOS管的理想工作狀態(tài)是輸出矩形波電壓,但由于繞組線圈中的電流不能突變,接通電源后繞組中的電流按指數(shù)規(guī)律上升,時間常數(shù)t=L/r(L為繞組電感 ,r為繞組電阻),須經(jīng)過3t時間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流,由于繞組電阻很小,而繞組電感卻很大,因而時間常數(shù)很大,從而嚴(yán)重影響了電機(jī)的啟動頻率和平穩(wěn)運(yùn)行。
為了克服這個缺點(diǎn)，在繞組中串聯(lián)電阻R1。這樣，t=L/（R1+r）時間常數(shù)大大減小，從而提高了電機(jī)的工作速度，改善了輸出波形。不過盡管如此，一般的單電壓驅(qū)動電路還是存在對脈沖電壓響應(yīng)速度慢，輸出波形差和輸出功率低等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，我們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，研制出下面這種改進(jìn)的單電壓功率驅(qū)動電路。
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