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金育東(江蘇連云港市102信箱222001)
l 引 言
斬波型 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是目前較為流行的一種步進(jìn)電機(jī)功率接口。斬波驅(qū)動(dòng)器的基本原理是采用較高的電源電壓供電，因而繞組中電流上升很快，而一旦電流達(dá)到額定值，電路自動(dòng)切斷繞組充電回路，繞組中的電流開(kāi)始下降，下降到一定值時(shí)，又接通繞組充電回路，使電流回升，如此循環(huán)，將繞組中的電流維持在額定值附近，從而使驅(qū)動(dòng)電路在使用較高電源電壓的同時(shí)，無(wú)需外接大功率電阻限制額定電流及減小時(shí)間常數(shù)。所以，具有電源利用率高、體積小、熱損耗小、電機(jī)高、低頻工作性能佳等優(yōu)點(diǎn)。 恒頻脈寬調(diào)制型功放是斬波功放中的一種，它具有恒定的開(kāi)關(guān)斬波頻率，該頻率在一定范圍內(nèi)不受負(fù)載時(shí)間常數(shù)的影響。而繞組額定電流的維持是靠調(diào)節(jié)繞組的充放電時(shí)間比例實(shí)現(xiàn)的。因而，與其它斬波型驅(qū)動(dòng)器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：
a．可以選用較高的斬波頻率。一方面由于斬波頻率選在超聲波范圍內(nèi)，另一方面斬波頻率高，使繞組中電流波形頂部鋸齒變小，從而明顯降低電磁噪聲。
b．電機(jī)各相繞組選用相同的斬波頻率，防止噪聲的產(chǎn)生。
傳統(tǒng)上采用分立元件或小規(guī)模集成電路組成的脈寬調(diào)制型驅(qū)動(dòng)器，使用元件多，調(diào)試復(fù)雜，可靠性差。筆者采用脈寬調(diào)制器tl494構(gòu)成的恒頻脈寬調(diào)制功率驅(qū)動(dòng)器，在80～100v時(shí)，可長(zhǎng)期輸出6a電流，工作可靠。另外，用vmosfet作為功率輸出級(jí)，使整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，調(diào)試方便。
2脈寬調(diào)制器tl494
tl494是構(gòu)成恒頻脈寬調(diào)制功放的核心。它是一種專用脈寬調(diào)制集成電路，采用dip16腳封裝，其方框圖見(jiàn)圖1，工作波形見(jiàn)圖2。
tl494的核心是脈寬調(diào)制(pwm)比較器。比較器的反相輸出端接至內(nèi)部鋸齒波振
蕩器的輸出端。其振蕩頻率由下式?jīng)Q定：
式中rt、ct分別為tl494第6、5腳的外接定時(shí)電阻、電容。pwm比較器的同相端接至兩個(gè)獨(dú)立的誤差放大器的輸出。在本驅(qū)動(dòng)器中，一個(gè)作為步進(jìn)脈沖控制接口，另一個(gè)作為電流采樣放大器。
tl494的第4腳是死區(qū)時(shí)問(wèn)控制端．利用它可方便地改變調(diào)制器的死區(qū)時(shí)間，也可設(shè)計(jì)軟起動(dòng)或保護(hù)電路。第13腳是輸出控制端，可使輸出q1、q2工作在并聯(lián)或推挽狀態(tài)。tl494的工作電壓達(dá)42v，兩個(gè)輸出晶體管并聯(lián)時(shí)電流達(dá)500ma。
由圖1、2可見(jiàn)，tl494的輸出脈沖頻率由rt、ct決定。輸出脈寬由誤差放大器的輸出電平?jīng)Q定。改變誤差放大器的輸出電平，即可改變輸出脈寬，進(jìn)而改變電機(jī)繞組的充放電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)恒頻恒流斬波。
3 電路組成
整機(jī)由脈寬調(diào)制功放及保護(hù)電路組成。
3．1脈寬調(diào)制功放
脈寬調(diào)制功放電路見(jiàn)圖3。圖示電路是步進(jìn)電機(jī)一相驅(qū)動(dòng)器，其余各相均相同。由圖可見(jiàn)，tl494外圍電路很簡(jiǎn)單，其中v5、v9分別為p溝道和n溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管，v6、v7為快恢復(fù)二極管。采用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為輸出級(jí)，一是可有較高的開(kāi)關(guān)頻率。二是fet為電壓型器件，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。三是安全工作區(qū)不受一次擊穿的限制，驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)更為可靠。
tl494的第16腳接固定參考電平1．4v。當(dāng)步進(jìn)脈沖高電平到來(lái)時(shí)，v8、v9導(dǎo)通；同時(shí)使誤差放大器l輸出低電平。此時(shí)r17上的電壓vr17低于vref蹦，所以誤差放大器2輸出也為低電平，從而使pwm較器輸出低電平。假設(shè)此時(shí)tl494的4腳也為低電
平，則死區(qū)比較器的輸出也為低電平，從而使tl494的輸出晶體管q導(dǎo)通，v3、v5隨之導(dǎo)通，電流經(jīng)v+→v5→l→v9→r17→“地”回路給l充電，充電電流由下式?jīng)Q定
式中v+——電源電壓
r為v5、v9的導(dǎo)通電路、l內(nèi)阻及r17之和。l為繞組電感。
i按指數(shù)規(guī)律上升。r17上電壓為：
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