兩相大功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)
摘要：單片機(jī)結(jié)合電機(jī)專用控制芯片L297組成兩相步進(jìn)電機(jī)邏輯電路，控制大功率MO SFET管組成的H橋驅(qū)動(dòng)電路，并采用R2110驅(qū)動(dòng)功率管的柵極，簡化了功率驅(qū)動(dòng)線路。驅(qū)動(dòng)電路實(shí)
現(xiàn)了大功率恒流斬波驅(qū)動(dòng)，同時(shí)采用細(xì)分控制方式，提高了控制精度；可用于大功率的自動(dòng)化設(shè)備中。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)：細(xì)分控制：L297；R2110
0引 言
步進(jìn)電機(jī)作為一種高精度的執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制電路由分立元件向?qū)Ｓ眉呻娐钒l(fā)展，不但給步進(jìn)電機(jī)控制帶來極大方便，而且體積縮小，成本降低，性能改善，調(diào)整方便，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。用來控制步進(jìn)電機(jī)的電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括前級的微功率控制電路、驅(qū)動(dòng)電源和末級的功率驅(qū)動(dòng)部分。前級控制電路容易實(shí)現(xiàn)集成，通常是模擬數(shù)字混合集成電路；對于小功率系統(tǒng)，末級驅(qū)動(dòng)電路也已集成化。而對于大功率系統(tǒng)，末級功率驅(qū)動(dòng)集成芯片少見且價(jià)格較高。本文采用L297控制由P,21 10和大功率場效應(yīng)管組成的功率驅(qū)動(dòng)電路，并結(jié)合單片機(jī)進(jìn)行細(xì)分控制，改善了步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)。
1工作原理
細(xì)分驅(qū)動(dòng)需要控制繞組電流的大小，有單電壓、串電阻驅(qū)動(dòng)和斬波恒流驅(qū)動(dòng)兩種方式。斬波
恒流驅(qū)動(dòng)具有高頻響應(yīng)好、輸出轉(zhuǎn)矩均勻、能消除共振現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。本文選用此方式。在斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路中，繞組電流的大小取決于比較器的給定電壓，實(shí)際是對應(yīng)各個(gè)電流臺(tái)階給比較器施加給定的電平。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理如圖1所示。
環(huán)形分配器用來接受來自信息處理與控制單元的cP脈沖，并按步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表要求的狀態(tài)順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通或截止的信號。每來一個(gè)脈沖，環(huán)形分配器的輸出就轉(zhuǎn)換一次。從環(huán)形分配器輸出的各相導(dǎo)通或截止的信號送入信號放大和處理級，結(jié)合給定的臺(tái)階電平，輸出有效的控制信號送入推動(dòng)級。這中間一般既需要電壓放大，也需要電流放大。信號處理實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換和合成功能，產(chǎn)生斬波、抑制等特殊功能的信號，從而產(chǎn)生特殊功能的驅(qū)動(dòng)。推動(dòng)級將信號進(jìn)一步放大送入驅(qū)動(dòng)級，有時(shí)它還具有電平轉(zhuǎn)換的作用。
2硬件電路
本文設(shè)計(jì)的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件電路框圖
如圖2所示。
圖2兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)框圖
2．1邏輯控制電路
應(yīng)用L297可以很方便地對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。
L297適用于雙極『生兩相步進(jìn)電機(jī)或者單極性四相步進(jìn)電機(jī)的控制。它的輸出信號驅(qū)動(dòng)功率電路。此器件只需要時(shí)鐘、方向和模式輸入信號，相位由內(nèi)部產(chǎn)生，可減輕微處理器的負(fù)擔(dān)和程序設(shè)計(jì)量。
L297的核心部分是一組譯碼器。它能產(chǎn)生各種所需的相序，有方向(cⅣ／ccⅣ)和HALF／FULL
及時(shí)鐘cP輸入，將譯碼器從一階梯推進(jìn)至另一階梯。譯碼器有4個(gè)輸出點(diǎn)連接到輸出邏輯部分，提供抑制和斬波功能所需的相序。L297另一個(gè)重要組成是兩個(gè)控制相繞組電流的FWM斬波器，以獲得良好的矩頻特性。每個(gè)斬波器由一個(gè)比較器、一個(gè)Rs觸發(fā)器和外接采樣電阻組成，并設(shè)有一個(gè)公用振蕩器，向兩個(gè)斬波器提供觸發(fā)脈沖信號。當(dāng)
時(shí)鐘振蕩器脈沖使觸發(fā)器置l、電機(jī)繞組相電流上升，采樣電阻尺。上電壓上升到基準(zhǔn)電壓≮肘，比較器翻轉(zhuǎn)，使觸發(fā)器復(fù)位，功率晶體管關(guān)斷，電流下降，等待下一個(gè)振蕩脈沖的到來。這樣，觸發(fā)器輸出的是恒頻1WM信號，調(diào)制L297的輸出信號，繞組相電流峰值由f／。確定。f／。。由Mcu發(fā)出數(shù)字命令經(jīng)DAc轉(zhuǎn)換得到．從而方便地獲得階梯電壓，產(chǎn)生階梯電流。此外L297也對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。
由于步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)速較高、變化較大的場合下有失步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，在低速時(shí)甚至?xí)袷帯薄！榱烁纳破溥\(yùn)行品質(zhì)，采用細(xì)分控制方法。步 |
