两相混合式步进电机H桥驱动电路设计方案原理

《两相混合式步进电机H桥驱动电路设计方案原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《两相混合式步进电机H桥驱动电路设计方案原理（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、进电机给出了图1H图。www - iliangon - cum桥驱动电路设计原理两相混合式步进电机H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的H驱 动。永磁步进电机或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源 供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样桥驱动。 本文以两相混合式步进电机驱动器为例来H绕组电源需用桥驱动电 路。设计H电路原理相绕组连接的电路框AB桥驱动电路与步图1电机绕组AB的电流方向的控制，当K3分别受控制信号a,b,4个开关K1和K4K2和断开 时，电 流在线圈中的流合上，K2K3,控制信号使开关KI,K4断开时，电，趴,向如 图1(a),当控制信号使

2、开关K2K3合上，K1VD4，个二极管所示。4VD1, VD2VD3,流在线圈中的流向如图1(b)开K1为续流二极管，它们所起的作 用是：以图1(a)为例，当，K4上的电流不能突关受控制由闭合转向断开 时，由于此时线圈绕组AB来提供回(即A-B),此时由VD3,VD2变，仍需按 原电流方向流动组一 VD3f瞬K4流因路。此，电在K1,关断的间由地线圈 绕中，当开关AB-VD2-电源+Vs形成续流回路。同理，在图1(b)提供线圈 绕组的续流，电VD4关断的瞬间，由二极管，VD1K3K2,。步进电机驱动器 流回路为地一 VD4 -线圈绕组BA-VD1-电源+Vs中，实现上述开关功能的 MOSFET

3、元件在实际电路中常采用功率管。桥驱动电路原理可知，电流在 绕组中流动是两个由步进电机H完全相反的方向。推动级的信号逻辑应使对角线晶体管不能同时导通， 以免造成高低压管的直通。另外，步进电机的绕组是感性负载，在通电 时，随着电机运行频率的升高，而过渡的时间常不变，使得绕组电流还没来得及达到稳态 值又被切断，平均电流变小，输出力矩下降，当驱动频率高到一定的时 候将产生堵转或失步现象。因此，步进电机的驱动除了电机的设计尽量 地减少绕组电感量外，还要对驱动电源采取措施，也就是提高导通相 电流的前后沿陡度以提高电机运行的性能。.步进电机的缺陷是高频出力不足，低频振荡，步进电机的性能 除电机自身固有的性能

4、外，驱动器的驱动电源也直接影响电机的特 性。要想改善步进电机的频率特性，就必须提高电源电压。电路设计相线圈功率驱动部分原理图。图2给出了驱动器ABVg平电机AB相空1N4744I1N4148 LJJN4007图2 H#动电烙和功辜MOSFET管的G动www - diangon - comVDss 二 500ID 二 20A,选用的功率 MOSFET 元件是 IRFP460,其，RDS(0N)=0o27QoV,和续流二极管 VT22 中，功率 MOSFET 管 VT1, VT3,VT4 在图，K3,和 VD1K4K21VD14VD11,VD19,VD22 相当于 图中的 KI,aTTL逻辑电平管

5、的控制信号是由，VD2,VD3VD4o功率MOSFETb与a, 与b在逻辑上互反。abba,来提供的，其中a.驱动电流前后沿的改善 从步进电机的运行特性分析中知道，性能较高的驱动器都要求 提供的电流前后沿要陡，以便改善电机的高频响应。本驱动器中由管 栅极电容的存在，对该管的驱动电流实际表现为对MOSFET于功率.栅极电容的充、放电。极间电容越大，在开关驱动中所需的驱动电流 也越大，为使开关波形具有足够的上升和下降陡度，驱动电流要驱动 功率具有较大的数值。如果直接用集电极开路的器件如SN7407管带感 性负载时，上升时间过长,会MOSFET管，则电路在MOSFET管的快速开通时间，同时也MOSF

6、ET造成动态损耗增大。为改进功率虚线框内的 左下臂驱动电2减少在前级门电路上的功耗，采用图路。驱电平的缓 冲U14是将TTL电平转换成CMOS/集电极开路器件的栅极电容通过 U14输出低电平时，功率M0SFETVT2管动器，当内部导通管所被短路 至地，这时U14吸收电流的能力受U141N4148管的栅极通允许通过的 电流限制。而当VT2U14输出为高电平时，获得电压和电流，充电能力 提高，因而开通速度加快。过晶体管V3b.保护功能是栅源间的过压保 护齐纳二极管，其稳1N4744虚线框中，图2管栅源间的阻抗很高，故工作于MOSFET压值为15Vo由于，功率开关状 态下的漏源间电压的突变会通过极间

7、电容耦合到栅极而产生脉冲电 压。这一电压会引起栅源击穿造成管子的永VCS相当幅度的脉冲电 压，虽然达不到损坏器件的程VCS久损坏，如果是正方向的度，但会 导致器件的误导通。为此，要适当降低栅极驱动电路的阻而又接近抗， 在栅源之间并接阻尼电阻或接一个稳压值小于20V，防止栅源开路工 作。御474420V的齐纳二极管，VD12,VD11管有内接的快恢复二极 管。当不接MOSFET功率驱）VT4管（ABVD13,VD14时，假定此时电机相绕组由VT1管和管VT1 （截止，VT1管和VT4管）导通，电流经VB） VT2动，即管（和管关 断时，负载绕组的续流电VT1流过绕组。当下一个控制信号使管的漏 源

8、电压VT2流经VT2的内接快恢复二极管从地获取。此时，再次导VT1 即是该快恢复二极管的通态压降，为一很小的负值。当的漏源电压迅 速上升，直至接近通时，该快恢复二极管关断，VT2漏源间要承受很 高且边沿很陡的VT2+VS于正电源的电压，这意味着管内的快恢复二极 管两端，会VT2上升电压，该上升电压反向加在使快恢复二极管出现 恢复效应，即有一个很大的电流流过加有反向管内的快恢复二极管出 现 这种电压的快恢复二极管。为了抑制VT2。其VD14VD12VD11,VD13, 2反向恢复效应，在图电路中接人了相绕组提ABVD11中，反并联快恢 复二极管，VD14的作用是为电机内部的VT1,VT2M0SF

9、ETVD12供续流通 路,，VD13是为了使功率管在动态工作时能起，VT2VT1快恢复二极管 不流过反向电流，以保证的作用亦是同样的道VD22VD20正常的开关作 用。VD19,VD21,理。的情况是不允许存在对图2电路的分析可知，信 号 3 二 lb 二 1,的，否则将因同时导通从而使电源直接连到地造成功率管的损坏。经，另外，根据步进电机运行脉冲分配的要求，VT1VT2VT3VT4常 处于交替工作状态，由于晶体管的关断过程中有一段存储时间和电流 下降时间，总称关断时间，在这段时间内，晶体管并没完全关断。若 在此期间，另一个晶体管导通，则造成上、下两管直通而使电源短路，烧坏晶体管或其他元器件。为了避免这种情况，可采取桥 电路上、下两管交替导通时可产生一H另加逻辑延时电路，以使 个“死区时间”，先关后开，防止上、下两管直通现象。本驱动器电源 驱动部分线路简单，通过对电流前后沿的合理设计，降低了开关损耗，改善了电机的高频特性，并具有多种保护功能， 实际使用中效果良好。