步进电机细分驱动器设计

控制。ｊ应用技术÷ＥＭＣＡ

入ＩＰＭ的ＰＷＭ信号无效以保护ＩＰＭ，等故障排除后方可重新有效。

２．２

电平转换与第三相正弦波合成电路由于单片机的数模转换器的输出电压范围是

０～５

Ｖ，需要进行电平转换，从０—５Ｖ变换为一５—５

Ｖ，该电路如图２所示。该电路中运放的

正相输入端接来自单片机输出的正弦波，即：

Ｕ＋＝２．５＋２．５ｓｉｎｔｏｔ，通过该电路可将正弦波由０

—５

Ｖ变为一５—５

Ｖ。

图２电平转换电路

三相混合式步进电机一般把三相绕组连接成星形或者三角形，按照电路基本定理，三相电流之和为零，即，。＋，ｂ＋，ｃ＝０。单片机只需要产生二相绕组的给定信号，第三相绕组的给定信号可根

据其他二相求得，第三相正弦波合成电路见图３。

图３第三相正弦渡合成电路

２．３

电流反馈和比例积分电路

在本驱动器中，用两个霍尔电流传感器分别

测量三相电机中二相绕组的实际电流，第三相绕组的实际电流也用图４所示电路产生。

选用的霍尔电流传感器检测电流与输出值之

比为５００：ｌ，电流反馈信号通过电阻转化为电压

信号，经电压跟随器送入比例积分调节电路。电

压跟随器输出电阻很小，输入电阻很大，能真实地

将信号传递给负载，而向信号源索取的电流极小。

比例积分调节器可使系统动态响应速度较快，而其积分调节作用又使系统基本无静差。图４是电机一相绕组的电流反馈和比例积分电路，该电路

比例放大系数为Ｒ：／尺，，积分时间常数为尺ｍ

２．４口Ｍ接口电路的设计

从图５接口可以看出，ＩＰＭ通过专用高速光耦与ＰＷＭ信号相连。为了保证ＩＰＭ的正常工作，要求同一通道的上下两臂的控制信号在导通时间上有一个时间间隔，即“死区时间”。本设计

一３２一

万　

方数据电札西粒希Ｊ应用２００９，３６（７）

霍

图４电流反馈和比例积分电路

通过与ＰＷＭ信号相连接的电阻Ｒ和电容Ｃ组成的电路来达到死区时间要求。在ＩＰＭ中设有故障输出信号ＦＤ，当出现欠压、过热、过流、短路等任意一种故障时，ＩＰＭ内部保护电路都会关断ＩＧＢＴ，并使相应的输入信号无效，并将Ｆ１Ｄ信号通过光耦连接到单片机。

ＶＤＤ

图５

ＩＰＭ接口电路

３

细分驱动软件修正方法

利用“电流矢量恒幅均匀旋转”的细分方法，

从原理上解决了实现高精度细分方法的技术问题。但在建立细分电流波形的数学模型时，假设了：（１）矩角特性曲线是正弦曲线；（２）多相通电时的矩角特性曲线可以由各相通电的矩角特性曲线迭加而得；（３）电流与力矩具有平方关系。由此可判断步进电机内部存在非线性误差。因此，即使采用了电流矢量恒幅均匀旋转的细分方法，由于电机绕组电流与合成磁场间非线性的存在，合成的磁场矢量不能跟随电流矢量旋转，按照理想细分电流模型得到的细分步距角有一定误差。

为进一步减小步进电机细分步距角的误差，提高电机运行精度，在软件设计上采用最／ｂ－－乘法对步进电机非线性造成的误差进行了拟合与修正。由于采取的电流矢量恒幅均匀旋转的细分驱动方法在电机运行时。各绕组电流值同时改变，所以要拟合出细分步距角与绕组电流函数较困难。