用場效應管實現恒流斬波型
步進電動機驅動電源①
延俊華 王裕清(焦作礦業學院)
【摘 要】介紹一種用場效應管實現的單電壓斬波型驅動電源的原理與性能，并給出了電路參數的選取方法。試驗證明，該驅動電源的運行頻率、矩頻特性、效率等明顯優于同類產品。
【敘 詞】場效應晶體管，斬波器，步進電動機，驅動，電源
引 言
步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移的數字執行部件。它具有精度高、慣性小、可靠性強的特點，因此廣泛應用于數控領域，尤其適合于對定位精度有較高要求的場合。
步進電動機傳動系統的性能與驅動電源密切相關。但是現有驅動電源普遍存在體積大、效率低、矩頻特性差、價格較高的缺陷。例如一臺90bf002型五相步進電動機售價不過三、四百元而與其配套的高、低壓驅動電源卻需數千元才能買到。這種現象嚴重影響著步進電動機的推廣應用。
本文介紹一種斬波型步進電動機驅動電源，其功放電路采用vmos腫實現。
l改進驅動電源的技術關鍵
驅動電源的電氣性能主要取決于輸出脈沖電流的波型。理想的電流波型為方波。實際上由于步進電動機繞組電感的存在，只能近似實現梯形波。電流波形越接近方波，運行頻率越高，矩頻特性越好，這就要求輸出脈沖電流的邊沿要陡，平頂部分要平。
圖1為高、低壓恒流切換斬波型驅動電源的原理示意圖；圖2為其輸入信號與輸出電流的波形。在電流上升沿(t0,t1)段，tg導通，在+80v高壓作用下繞組電流迅速上升。當電流上升到i2的時候，測流、比較電路控制tg關斷，td繼續導通，+12v低壓通過d1加在繞組上，電流下降。當電流下降到i1時，tg將再次導通，電流快速上升，如此周而復始，形成梯形脈沖電流的平頂部分。在電流下降沿[t2,t3]段。td,tg均關斷，繞組電流通過高、低壓電源及d1、d2、r進行放電，其反電勢為高、低壓之差，放電速度較快，圖1中電阻r的作用是限制電流幅度，減少時間常數。
在各類步進電動機驅動電源中，恒流斬波型屬性能較好之列，但是，這種電源
存在三個缺點。
a．使用高、低壓兩個直流電源，不如單電源簡單；
b．電阻r功耗太大，使電源效率降低；
c．采用晶體管或達林頓管作為功放元件，響應速度低，影響驅動電源的運行頻率。另一方面，由于晶體管放大倍數小，使前置放大電路復雜化，而且高壓驅動需要進行隔離，十分麻煩。
2 vmosfet斬波型驅動電源
vmosfet（大功率場效應晶體管）是目前國外廣泛應用的一種功率器件。具有速度快，增益高的優點，而且無二次擊穿現象，用于步進電動機驅動電源非常合適。 ，
針對傳統電源存在的問題，對圖l所示驅動電路加以改進，研制出圖3所示單電壓斬波型驅動電源。
2.l電路原理
圖3上部為脈沖電流功放電路，下部為電流檢測與控制電路。功放電路中，t1，t2為場效應管，通過控制其開通、關斷實現恒流斬波。dl，d2為肖特基二極管，為繞組提供快速放電通路。穩壓管d3的作用是在t3截止狀態下為t1管提供穩定的控制電壓，且對丁1具有保護作用．高壓三極管t3作為tl驅動之用。
檢測電路中，運放lm324對r1上取樣的電流信號進行放大。比較器lm339接成史密特電路，其輸出電平y，與主電流f的關系如圖4所示。測流輸出v1與控制輸入v。綜合后得到丁j管控制信號v2，控制t．管的導通與關斷，對主電流進行閉環調節，從而實現恒流斬波。t1，t2管的控制信號及主電流波形如圖5所示。
2．2電路參數選擇
功放電路各元件定額由輸出電流和電源電壓確定。需要說明的是，電源e
g作用是
