[实用新型]同步补偿式脉冲功率驱动系统

说明书

同步补偿式脉冲功率驱动系统。

本实用新型涉及脉冲功率驱动电源。

本实用新型与一般的脉冲功率驱动电源(单高压式驱动电源高低压式驱动电源，恒流源式驱动电源等)主要区别之处在于本驱动系统是采用了反电动势脉冲同步补偿方法，设计脉冲功率驱动源，利用步进电机绕组在脉冲工作状态下产生的反电动势脉冲电压，通过补偿电路，来补偿功放输出级的工作电压。可以增大输出电流，提高驱动力矩。同时具有很好的矩频特性，它不同一般驱动电源矩频特性那样随频率增加输出力矩减小，而是随频率增加输出力矩保持不变或有所增加的规律性。本驱动系统由于反电动势能量得到利用，直流高压可以减小，动态损耗成平方关系降低，驱动系统的热效应与稳定性问题得到了解决，使工作可靠性提高。

本实用新型的目的是，为了数控系统中的驱动电源具有好的矩频特性，增大输出力矩，提高工作可靠性。

本驱动系统由五部分组成：见图1，输入接口电路(I)，功放电路(II)，补偿电路(III)，电源电路(IV)，步进电机负载(V)。

本驱动系统的基本原理，电路结构和连接关系是：

基本工作原理：脉冲控制信号通过接口电路，送入功放电路经功放放大后，输出脉冲电流，供给步进电机驱动运转。

电路结构：图1(I)接口电路由PIO和反向驱动器构成图1(II)功放电路由光电隔离器，脉冲放大级，功放推动级，功放输出级构成。图1(III)补偿电路由全桥整流电路构成。图1(IV)电源电路，由经稳压输出有+5V，E₁，E₂，E₃和未经稳压输出的有直流高压E_H，低压E_X，E_Z组成。

电路连接关系见图2。

本驱动系统的功放输出级设计中采用了反电动势脉冲同步补偿方法，并且接入了补偿电路，目的是把反电动势脉冲电压加到功放输出级高压两端上，达到提高输出电流，增大驱动力矩。它的理论根据是，当微机数控系统中的执行元件为步进电机时，它的每相绕组L_φ在工作过程中它是一个变电感负载阻抗，它在脉冲电磁场下运动时绕组中会产生反电动势E_i＝-L_φ*dI/dt波形见图3，其幅值为电源电压的几倍之多，通过实际测试(MCL-2A型补偿式驱动源)E_i＝3～3.5E_H(E_H为直流高压)。E_i这种高电压能量设法利用是十分有益的。在脉冲驱动源中可以得到利用的根据是：数控系统中的脉冲驱动源它是按照计算机在一定程序控制下，严格按照一定的时间关系输出脉冲，每相绕组工作时产生的反电动势与时间关系，也是由计算机工作程序决定的，绕组中的工作电压和反电动势与时间关系的波形见图4(三相六拍方式)。

应用反电动势脉冲同部补偿方法的原理：经过补偿电路，把A相绕组运动时产生的反电动势脉冲电压取出来，用来补偿与它同步运行的C相或B相工作时的电源电压。同理B相的用来补偿A相或C相工作时的电源电压。C相的用来补偿A相或B相工作时的电源电压，各相的补偿关系见图4，图中虚线所指向的关系为补偿关系。

时间为t₁时，A相的反电动势脉冲用来补偿与它同步运动的C相，t₂时C相的反电动势脉冲用来补偿与它同步运动的A相，t₃时，B相的反电动势脉冲用来补偿与它同步运动的A相这样有规律的循环下去，使每相运动一步都会得到其他相绕组产生的反电势脉冲电压来补偿。

补偿电路的基本原理、结构和它与直流高压电源的连接关系，