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步進電動機恒頻脈沖調寬細分驅動電路

    趙世強  (空軍電訊工程學院)

    齊  才  (西北工業大學)

1引言

    恒頻脈沖調寬細分驅動電路是利用預存細分編碼的方法產生階梯電壓，并經脈沖調制產生細分所需的階梯驅動電流。

2電路結構

    電路如圖1所示，u₁為8031單片機，它控制u₂產生速度控制脈沖Vv。及20kHz恒頻脈沖。u₃為2進制計數器，在砜控制下選取u₅、u₆的地址，當Q6、Q7為“11”時，通過u₄的控制作用使u₃復位，這樣u₃每計滿196個Vv脈沖便循環一次。u₅、u₆的地址端口A0～A12均分別并接。片內分段存貯了不同細分工作狀態的編碼(見附表)及相宇控制信號的編碼(u6的D3、D4、D5)見圖2。u₇(或u₈、u₉)為8選1模擬開關，把細分編碼變成階梯電壓VT。u₁₁為比較器。u₁₄為D觸發器，用其實現脈沖調寬。為防止因比較器漂移或干擾導致功放管誤導通，把u₁₄的輸出與相序控制信號相與后去控制功放管。u₁₀除對u₆的D₃、D₄、D5輸出起緩沖作用以外，還可通過其CLR

端實現對輸出端清零，以封鎖D觸發器的輸．出，為步進電動機運行提供合適的起始狀態�？紤]到u₁₀是D觸發器，其時鐘信號必須遲于D端輸入信號，故把u₁₀的時鐘信號通過u₁₂、u₁₃延遲，以確保時序的良好配合。實際上，u₅、u₆用傳輸時間短的27C64存貯器****。

    另外，采用預存細分編碼方法具有占用CPU時間少的優點。

3恒頻脈；中調寬細分工作過程

    功放管的S極串接電阻為Rs，采樣繞組電流iL在RS上的壓降ys直接反映了iL的波形。u₁₁把階梯電壓VT與Vs進行比較，通過D觸發器u14實現恒頻脈沖調寬。所謂恒頻是指20kHz方波頻率不變。所謂脈沖調寬是指功放管導通時間寬度隨著階梯電壓上升、下降而改變。所謂細分是指i1在階梯電壓VT控制下，以若干個階梯上升到額定值或以同樣的階梯從額定值下降到零，即把步距角分成若干步完成。

    以圖3為例說明其過程。t=t0時，階梯電壓VT躍升至VT1，且VT1>Vs。因u14D端

接“1”，在clock上升沿到來時，u14輸出電壓VQ為“1”，此時相序控制信號(u6的D3也為“1”，這樣功放管FET1導通。但iL按iL=VD/RL1(1一PK/L)指數規律上升，同理iLRs、VRs

也按指數規律上升。在t。<t<t1期間，因Vs<VT，致使vQ始終為“1”，功放管一直導通。

當t=t1時，Vs=VT，u11輸出低電平，使u14清零，導致功放管截止。iL只能通過泄放電路泄放而下降。t=t2時，iL下降，使Vs<VT，u11輸出高電平，當clock上升沿到來時，使u14的輸出VQ為“1”，功放管又導通，使iL上升。t=t3時，因iL上升，又使Vs=VT，導致功放管截止，i1又經泄放電路泄放。如果VT保持VT1值不變，在20kHz的clock作用下，功放管處于開關狀態，iL在iL，基礎上有很小的波動，即實現了恒頻斬波。當t=t6時，VT上升到VT2值，使VT>Vs，u11輸出高電平，在clock上升沿到來時，u14輸出高電平，但iL不能突變，所以在t6<t<t7期間，因VT>Vs，u14-直輸出高電平，功放管始終導通，iL在iL1基礎上升到新的數值iL2。

    在t=t8、t=t9時，因階梯電壓VT分別突峰至VT1值、零值，相應的iL也從iL2地值按指數規律階梯式的分別降到iL1值、零值。

    可見，VT每次按階梯狀突升或突降，都引起VQ脈沖寬度的改變，最終使iL也呈階梯狀上升或下降，使電機轉動的步距角得到細分。另外還看到每個階梯電壓值大小直接影響繞組電流iL大小，實際中過調整Rw中點位置實現。

4結語

    該電路把可變細分與恒頻脈沖調制結合在一起，實踐證明，在低遮轉動時。電機工作平穩，噪聲小。如果要使階梯電壓進一步細分．可用16選1摸擬開關CD4067代替CD4051。