步進電動機恒頻脈沖調(diào)寬細分驅(qū)動電路

    趙世強  (空軍電訊工程學院)

    齊  才  (西北工業(yè)大學)

1引言

    恒頻脈沖調(diào)寬細分驅(qū)動電路是利用預存細分編碼的方法產(chǎn)生階梯電壓，并經(jīng)脈沖調(diào)制產(chǎn)生細分所需的階梯驅(qū)動電流。

2電路結(jié)構(gòu)

    電路如圖1所示，u₁為8031單片機，它控制u₂產(chǎn)生速度控制脈沖Vv。及20kHz恒頻脈沖。u₃為2進制計數(shù)器，在砜控制下選取u₅、u₆的地址，當Q6、Q7為“11”時，通過u₄的控制作用使u₃復位，這樣u₃每計滿196個Vv脈沖便循環(huán)一次。u₅、u₆的地址端口A0～A12均分別并接。片內(nèi)分段存貯了不同細分工作狀態(tài)的編碼(見附表)及相宇控制信號的編碼(u6的D3、D4、D5)見圖2。u₇(或u₈、u₉)為8選1模擬開關(guān)，把細分編碼變成階梯電壓VT。u₁₁為比較器。u₁₄為D觸發(fā)器，用其實現(xiàn)脈沖調(diào)寬。為防止因比較器漂移或干擾導致功放管誤導通，把u₁₄的輸出與相序控制信號相與后去控制功放管。u₁₀除對u₆的D₃、D₄、D5輸出起緩沖作用以外，還可通過其CLR

端實現(xiàn)對輸出端清零，以封鎖D觸發(fā)器的輸．出，為步進電動機運行提供合適的起始狀態(tài)。考慮到u₁₀是D觸發(fā)器，其時鐘信號必須遲于D端輸入信號，故把u₁₀的時鐘信號通過u₁₂、u₁₃延遲，以確保時序的良好配合。實際上，u₅、u₆用傳輸時間短的27C64存貯器****。

    另外，采用預存細分編碼方法具有占用CPU時間少的優(yōu)點。

3恒頻脈；中調(diào)寬細分工作過程

    功放管的S極串接電阻為Rs，采樣繞組電流iL在RS上的壓降ys直接反映了iL的波形。u₁₁把階梯電壓VT與Vs進行比較，通過D觸發(fā)器u14實現(xiàn)恒頻脈沖調(diào)寬。所謂恒頻是指20kHz方波頻率不變。所謂脈沖調(diào)寬是指功放管導通時間寬度隨著階梯電壓上升、下降而改變。所謂細分是指i1在階梯電壓VT控制下，以若干個階梯上升到額定值或以同樣的階梯從額定值下降到零，即把步距角分成若干步完成。

    以圖3為例說明其過程。t=t0時，階梯電壓VT躍升至VT1，且VT1>Vs。因u14D端

接“1”，在clock上升沿到來時，u14輸出電壓VQ為“1”，此時相序控制信號(u6的D3也為“1”，這樣功放管FET1導通。但iL按iL=VD/RL1(1一PK/L)指數(shù)規(guī)律上升，同理iLRs、VRs

也按指數(shù)規(guī)律上升。在t。<t<t1期間，因Vs<VT，致使vQ始終為“1”，功放管一直導通。

當t=t1時，Vs=VT，u11輸出低電平，使u14清零，導致功放管截止。iL只能通過泄放電路泄放而下降。t=t2時，iL下降，使Vs<VT，u11輸出高電平，當clock上升沿到來時，使u14的輸出VQ為“1”，功放管又導通，使iL上升。t=t3時，因iL上升，又使Vs=VT，導致功放管截止，i1又經(jīng)泄放電路泄放。如果VT保持VT1值不變，在20kHz的clock作用下，功放管處于開關(guān)狀態(tài)，iL在iL，基礎(chǔ)上有很小的波動，即實現(xiàn)了恒頻斬波。當t=t6時，VT上升到VT2值，使VT>Vs，u11輸出高電平，在clock上升沿到來時，u14輸出高電平，但iL不能突變，所以在t6<t<t7期間，因VT>Vs，u14-直輸出高電平，功放管始終導通，iL在iL1基礎(chǔ)上升到新的數(shù)值iL2。

    在t=t8、t=t9時，因階梯電壓VT分別突峰至VT1值、零值，相應的iL也從iL2地值按指數(shù)規(guī)律階梯式的分別降到iL1值、零值。

    可見，VT每次按階梯狀突升或突降，都引起VQ脈沖寬度的改變，最終使iL也呈階梯狀上升或下降，使電機轉(zhuǎn)動的步距角得到細分。另外還看到每個階梯電壓值大小直接影響繞組電流iL大小，實際中過調(diào)整Rw中點位置實現(xiàn)。

4結(jié)語

    該電路把可變細分與恒頻脈沖調(diào)制結(jié)合在一起，實踐證明，在低遮轉(zhuǎn)動時。電機工作平穩(wěn)，噪聲小。如果要使階梯電壓進一步細分．可用16選1摸擬開關(guān)CD4067代替CD4051。