[实用新型]三相步进电机驱动器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种三相步进电机驱动器。

背景技术

低频振荡

    步进电机在低速运行时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起动频率的一半。步进电机在极低频率下做连续步进运行，即每改变一次通电状态，转子转过一个步距角。如果阻尼较小，这种运动是一个衰减的振荡过程，转子是按自由振荡频率振荡几次才衰减到新的平衡位置而停止下来。每来一个脉冲，转子都从新的转矩曲线的跃变中获得一次能量的补充，这种能量越大，振荡越厉害。当脉冲频率等于或者接近于电机的自由振荡频率时电机会出现严重的振动，甚至失步导致无法工作，这就是步进电机的低频共振现象。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。失步，有多种情况会产生失步，比如起动或停止频率超过突跳频率，电机高速运行的脉冲频率超过了最大运行频率，所带负载转矩超过了起动转矩，共振等。通过改善驱动器的性能，可以减小运行中失步的可能。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种三相步进电机驱动器，以解决上述背景技术中的缺点。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

三相步进电机驱动器，包括：直流电源、MOS管、三相电机、功率管驱动芯片、比较器、反相加法器、PI调节器、光耦隔离器、单片机、三角波生成器、D/A转换器、细分设置器，所述的直流电源连接MOS管，MOS管连接三相电机和功率管驱动芯片，功率管驱动芯片连接至少三个比较器，一个比较器连接反相加法器和三角波生成器，另外两个比较器均连接PI调节器，所述的光耦隔离器连接单片机，单片机连接细分设置器和D/A转换器，所述的D/A转换器连接PI调节器。

本系统电源采用直流电源，直流电源的可靠性十分重要，因为开关电源用来给驱动与控制电路中的单片机、运放和逆变桥中的功率MOSFET驱动电路提供低压直流电。控制电路以芯片ATMEGA8为核心，包括电流检测电路、数模转换电路和控制信号接口电路，构成功能齐全的全数字三相混合式步进电机脉冲细分驱动系统。

本系统是一个有电流反馈的闭环系统。系统参数由拨码开关设定，控制信号主要有脉冲信号和方向信号。脉冲信号主要用于控制步进电机的运动。根据步进电机的控制特性，每接收到一个外部脉冲产生一个步距角的运动，因此步进电机的运动距离与脉冲个数成正比，而步进电机的运行速度则正比于脉冲的频率。方向信号用于控制步进电机的正转和反转。信号经过判断处理，输出相应的细分控制数据至D/A转换器，D/A转换器根据电流设定值，输出模拟阶梯电压V  outA和VoutB作为参考电压信号，然后和经过放大的反馈信号进行比较，误差信号经过PI调节和处理，通过驱动芯片来驱动电机运行，同时可以根据需要设置过电流保护、过热保护、过压保护、欠压保护电路等对驱动器检测保护。

包括为了提高驱动系统的性能，目前对各种驱动电源和控制电路的控制方法很多，常用的有以下几种措施：

（1）提高驱动电源性能

主要是在功率驱动部分改善各相绕组电流波形上升下降的前后沿，达到各相电流在高低频时都能保持额定值，提高步进电机运行时的矩角特性。

（2）采用闭环控制系统

步进电机的主要优点之一是能在开环系统中工作，这种运行方式由于控制线路经济简单，不需反馈编码器及相应的线路，所以在很多位置和转速控制中，在精度和稳定性要求不高的场合得到广泛应用。目前市场上90%的步进驱动都是属于开环控制。但是步进电机在开环方式下工作，其性能常常受到一些限制，开环运行会带来失步的风险，从而引起定位不准。增加反馈闭环控制可避开对传统步进电机的这些限制，纠正偏差实现准确定位。反馈需要检测，例如用编码器检测偏差，通过控制器进行补偿。采用闭环理论上虽然可以克服一些缺点但是检测装置的精度仍存在一些问题并带来了一些额外的成本，增加的成本是否物有所值还要根据具体系统对控制性能的要求。

（3）采用细分驱动技术

近年来发展起来的步进电机细分驱动技术，就是通过驱动器把电机步距角细分。由于可以显著的减小步进电机的步距角，并且步距角越小，进入稳定区域越容易，这样就增加了步进电机运行的平稳性，还可以减弱甚至消除步进电机的低频振荡和噪声，提高起动频率和高速下转矩，同时也可以提高电机进给分辨率和精度。

有益效果