用場效應管實現恒流斬波型進電動機驅動電源
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VMOSFET實現。
1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。電沆波形越接近方波，運行頻率越高，矩頻特陛越好，這就要求輸出脈沖電流的邊沿要陡，平頂部分要平。
圖l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, tl)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、比較電路控制咒關斷，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，TG將再次導通，電流快速上升，如此周而復始，形成形脈沖電流的平頂部分。在電流下降沿[t2, t3)。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中電阻尺的作用是限制電流幅度。
在各類步進電動機驅動電源中，恒流①本文系河南省自然科學基金資助項目子課題用場效應管實現恒流斬波型步進電動機驅動電源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、低匪兩個直流電源，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。
2~1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，通過控制其開遺、關斷實現恒流斬波。D1，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T截止狀態下為Ti管提供穩定的控制電壓，且對Ti具有保護作用．高壓三極管T3作為丁1驅動之用。
檢測電路中，運放LM324財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Vl與主電流j的關系如圖4所示。
測流輸出V1與控制輸入Vg綜合后得到T1管控制信號V2，控制Tl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EG作用是為Ti管提供穩定的柵源控制電壓。即在Ti導通期間，無論T1源極電位多高，其柵源電壓始終穩定，且等于D3的穩壓值。Ea可按下式選取
在步進電動機繞組允許的條件下，主電源ED可直接由220V單相交流電整流得到，從而省去主電源變壓器，使整機體積大大縮小。
測流電阻R1取O.lΩ左右
檢測電路中，前置放大級放大倍數為
電流f較小時，LM339輸出Vl為高電平，其電壓值等于Ew。設電流上升到如輸出Vl由高變低，根據翻轉時刻比較器正、負輸入端電壓相等，可得
設電流下降到fl輸出Vl由低變高。因為在輸出為低電平狀態時，比較器正端電壓為
定義  為分壓系數 由式(3)，(5)知，在Ew、R1選定條件下i1、i2的調整十分方便。
3結語
單電壓斬波型驅動電源功放電路簡單，檢測電路緊湊。由于功率管均工作于開關狀態，且主回路阻值小，因此功耗小，效率高。經試驗，運行頻率、矩頻特性、效率等指標明顯優于同類產品。尤其突出的是該電源體積小，重量輕，造價低。與傳統的驅動電源BSQII型相比，造價僅為其百分之20，重量為其百分之10�？梢�，采用VMOSFET是步進電動機驅動電源的發展方向。該電源已申請中國專利，專利號為91206837。
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