[发明专利]一种步进电机驱动器及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天领域的步进电机驱动器，尤其涉及一种用于运载火箭的步进电机驱动器及其驱动方法。

 

背景技术

运载火箭的转级系统或推进剂利用系统均需要驱动步进电机以调节推进剂流量。例如CZ-2D火箭的步进电机驱动采用的是电容起始充电瞬间断接，当电流达到稳态后，利用串联电阻来限流的方法，该种驱动方式的优点是结构简单利于实现，而缺点是电阻上需要消耗部分功率，从而使得电源的效率较低，并增加了体积重量。CZ-2C火箭的不仅电机驱动采用的是当导通的绕组长时间处于低电位时，电路内部+28V供电通道关闭、+6V供电通道打开，由+6V供电通道想该绕组提供电源输出，产生静态工作电流，电机停止转动；该转电电路是为整个利用系统转电而设置的，其优点是电源效率提高，缺点是转电控制电路比较复杂，时序控制精度要求高。

另外CZ-2D火箭和CZ-2C火箭的步进电机驱动都智能实现绕组单向电流，且只能应用于三相、五相等电机，不能应用于二相电机。

因此，有必要提供一种工作稳定、结构相对简单可靠，且能够应用于多种步进电机驱动器。

 

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种电路结构简单、工作稳定，并能够实现降低启动器重量和功耗，能够实现二相步进电机驱动的步进电机驱动器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种步进电机驱动器，该步进电机驱动器包括半桥驱动电路、H桥电路、电流取样比较斩波电路；其中，所述半桥驱动电路、所述H桥电路和所述电流取样比较斩波电路依次循环连接，并形成闭环回路，且所述H桥电路连接一步进电机；通过所述半桥驱动电路控制所述H桥电路保证在所述步进电机线圈绕组流动的两个电流方向完全相反，所述H桥电路控制所述步进电机转动，并发送一电压信号至所述电流取样比较斩波电路；所述电流取样比较斩波电路通过将所述电压信号与基准电压比对设置后，产生一固定频率斩波脉冲并发送至所述半桥驱动电路，从而保证所述步进电机的额定电流。

较佳地，该步进电机驱动器还包括一相序脉冲产生电路，所述相序脉冲产生电路分别连接所述半桥驱动电路和所述电流取样比较斩波电路；通过所述相序脉冲产生电路控制所述半桥驱动电路动作，并通过所述相序脉冲产生电路控制所述电流取样比对斩波电路进行电平设置。

较佳地，所述相序脉冲产生电路为DSP控制电路或FPGA控制电路，通过所述DSP控制电路或FPGA控制电路控制产生脉冲信号启动开关时序，并将脉冲信号传输至所述半桥驱动电路。

较佳地，所述半桥驱动电路为一高低端驱动升压电路，所述高低端驱动升压电路包括两个IR2110驱动芯片，且所述IR2110驱动芯片与所述H桥电路连接；通过所述IR2110驱动芯片分别控制所述H桥电路使步进电机线圈绕组中两个电流的流动方向完全相反。

较佳地，所述H桥电路包括四个MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,功率场效应管）器件，所述MOSFET器件内均设置有快恢复二极管,防止步进电机线圈绕组与电源瞬时关断时损坏该MOSFET器件，且所述快恢复二极管的正向最大电流为28A，反向工作峰值电压为200V，反向恢复时间为1us；通过所述H桥电路控制所述电流取样比较斩波电路动作，且通过所述H桥电路驱动所述步进电机工作。

较佳地，所述MOSFET器件分别连接一电源和采样电阻，通过所述电源供电导通所述MOSFET器件，并通过所述采样电阻将流过所述步进电机的电流作为电压采集，并将采集的电压值发送至所述电流取样比较斩波电路。

较佳地，所述电流取样比较斩波电路为一恒流斩波驱动电路，所述恒流斩波驱动电路在所述DSP控制电路和H桥电路的控制下，将所述采样电阻采集的电压对比基准电压，并输出一固定频率的反馈斩波脉冲至所述半桥驱动电路。

较佳地，所述电源的电压端设置有一超快回复二极管，从而防止步进电机线圈绕组切断电源时瞬时电流对电源端的冲击。

本发明还提出了一种步进电机的驱动方法，利用如上所述的步进电机驱动器进行驱动步进电机，具体包括如下步骤：

（1）通过所述相序脉冲产生电路控制开关时序并控制所述半桥驱动电路，从而使该步进电机驱动器工作；

（2）所述半桥驱动电路控制所述H桥电路在电源工作下，使该步进电机线圈绕组电流方向相反，并通过一采样电阻将流过步进电机线圈绕组的电流作为电压采集，并将采集的电压输入至电流取样比较斩波电路；