概述
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
目前，對步進電機的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計選用第三種方案，用PMM8713三相或四相步進電機的脈沖分配器、SI-7300A兩相或四相功率驅(qū)動器，組成四相步進電機功率驅(qū)動電路，以提高集成度和可靠性，步進電機控制框圖見圖1。
圖1 步進電機控制系統(tǒng)框圖
硬件簡介
● PMM8713原理框圖及功能
PMM8713是日本
三洋電機公司生產(chǎn)的步進電機脈沖分配器，適用于控制三相或四相步進電機。控制三相或四相步進電機時都可以選擇3種勵磁方式，每相最小吸入與拉出電流為20mA，它不僅滿足后級功率放大器的輸入要求，而且在其所有輸入端上均內(nèi)嵌施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力強，其原理框圖如圖2所示。
圖2 PMM8713的原理框圖
在PMM8713的內(nèi)部電路中，時鐘選通部分用于設(shè)定步進電機的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入發(fā)。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法時，CP、CU兩端分別輸入步進電機正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當采用單脈沖輸入時，步進電機的正反轉(zhuǎn)方向由U/D的高、低電位決定。
激勵方式控制電路用來選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環(huán)形計數(shù)器則用于產(chǎn)生步進電機在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號。
● SI-7300A的結(jié)構(gòu)及功率驅(qū)動原理
SI-7300A是日本三青公司生產(chǎn)的高性能步進電機集成功率放大器，該器件為單極性四相驅(qū)動，采用SIP18封裝。
步進電機功率驅(qū)動級電路可分為電壓和電流兩種驅(qū)動方式。電流驅(qū)動方式最常用的是PWM恒流斬波驅(qū)動電路，也是最常用的高性能驅(qū)動方式，其中一相的等效電路圖如圖3所示。
圖3 LM331電壓/頻率變換電路
● LM331芯片
LM331是美國國家半導體公司生產(chǎn)的雙列直插式8腳芯片，只需接入幾個外部元件就可以方便地構(gòu)成電壓/頻率(V/F)變換電路，電路如圖4所示。
圖4 四相步進電機功率驅(qū)動電路
LM331的輸出頻率和輸入電壓存在如下關(guān)系：f0=Vi/(IRt1RL)，其中t1由外接的定時元件Rt和Ct決定，t1＝1.1RtCt，IR由內(nèi)部精密電流源提供，IR＝1.9V/RS。故f0=ViRS/(2.09RtRLCt)。RS為可調(diào)電阻，它的作用是調(diào)整LM331的增益偏差。Ct為濾波電容，一般為? 0.01～0.1μF，在濾波效果較好的情況下，可使用1μF的電容。為了提高精度和穩(wěn)定度，組容元件選用低溫度系數(shù)的器件。
應(yīng)用舉例
用PMM8713步進電機環(huán)形分配器與SI7300A步進電機功率放大器設(shè)計了一個四相步進電機功率驅(qū)動電路，PMM8713采取單脈沖輸入、1-2相勵磁方式，電路如圖5所示。圖中PD控制端為SI7300A的輸入電流I0調(diào)節(jié)端，可懸空或接高電平，接高電平時可適當提高SI7300A的輸出電流I0，在本應(yīng)用系統(tǒng)中懸空使用。圖中PMM8713的時鐘脈沖輸入信號由LM331(V/F)輸出，方向控制信號和步進電機的起停信號由窗口比較電路給出。
圖5 窗口比較電路
窗口比較電路為步進電機提供方向控制信號和步進電機的起停控制信號，電路如圖6所示。其中，U1、U2為數(shù)控
等離子切割機弧壓的上、下限電壓，Ui為檢測到的弧壓。當Ui>U1，V3輸出為高電平，V4輸出為低電平，V5輸出為高電平；當U2
方向控制信號V3或V4輸出端接PMM8713的C/D，控制步進電機的正反轉(zhuǎn)；U5輸出端接PMM8713的復位端R，控制步進電機的起停。LMM331(V/F)輸出端f0接PMM8713的CK，為步進電機提供脈沖控制信號。由此可見，當U2U1或者Ui
結(jié)束語
該驅(qū)動電路被用于數(shù)控等離子切割機弧壓自動調(diào)高系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的電機是42BYG009型
混合式步進電機，驅(qū)動電壓為直流24V。通過實踐證明該步進電機功率驅(qū)動電路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、效率高、矩頻特性好，可廣泛應(yīng)用于小型機電一體化設(shè)備中。
