步进电机驱动技术研究现状及发展趋势
时间:2017-02-13 21:19 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 步进电机驱动技术指的是用步进电机驱动器的驱动级来实现对步进电机各相绕组的通电和断电，同时也是对绕组承受的电压和电流进行控制的技术。到目前为止，步进电机驱动技术通常分为单电压驱动、单电压串电阻驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动、升频升压驱动和细分驱动等。5775 单电压的驱动电路在二十世纪优尔十年代初国外就已大量使用，它的主要特点是线路结构简单和成本低，电机的高频特性好。缺点是功耗较大，因而它一般用于小功率或启动、运行频率要求不高的场合。 高低压驱动电路在优尔十年代末出现，是随着对步进电机要求大功率驱动和高频工作而出现的。它的特点是改善了电流波形，电机的转矩特性很好，启动和运行频率得到很大的提高。但由于电机旋转反电势和互感等因素的影响，易使电流波形在高压工作结束和低压工作开始的衔接处呈凹形，致使电机的输出力矩有所下降。 为了弥补高低压驱动电路的高、低压电流波形在连接处为凹形的缺陷，提高输出转矩，七十年代中期研制出斩波电路，该电路由于采用斩波技术，使绕组电流在额定值上下成锯齿波形波动，电流绕组的有效电流相应的增加，故电机的输出转矩增大，能基本上保持恒定;整个系统的功耗非常小，电源效率较高，因而恒流斩波电路应用相当广泛。 细分驱动电路在七十年代中期由美国学者首次提出，它通过控制电动机各相绕组中电流的大小和比例，使步距角减小到原来的几分之一至几十分之一。细分驱动能极大地改善步进电机运行的平稳性，提高匀速性，减轻甚至消除振荡。近几年来，由于微处理机技术的发展，细分电路获得了广泛应用。 目前国内的步进电机驱动器一般都采用高低压驱动方式或者调频调压驱动方式，这些驱动电路仅可实现基本步距的运行，可靠性不高，还存在运行速度低、缺乏保护电路、驱动效率低和发热损耗大等缺点。随着微电子技术的发展，出现了集成化的驱动电路。我国现有应用的步进电机IC驱动芯片主要依赖进口，而且，其中许多步进电机驱动芯片仅提供整步和半步控制，大大约束了步进电机性能的进一步提高。 国外对步进电机的研究一直很活跃。目前，国外对步进电机的控制和驱动的一个重要发展方向是大量采用专用芯片，结果是大大缩小驱动器的体积，明显提高了整机的性能。比较典型的芯片有两类：一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机实现合理的加减速过程，同时完成计长走步、正反转等。对于开环使用的步进电机，实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲。例如日本的PPMC101B便是这种芯片[1]。采用这类专用集成电路,驱动3-5相电路，可选择励磁方式，转速精确，设定的转速范围宽、加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定，此外还有单步运转和不同的停止方式等功能。另一类芯片的核心是实现细分技术，例如日本东芝公司的TA774H二相步进电机细分控制芯片，其内部集成了PWM斩波控制和函数型双极驱动电路细分控制功能。目前由于集成芯片受到耐压、电流容量的限制，一般只能用于小功率步进电机的驱动。 近年来，国外许多厂商相继推出了多种步进电机控制与驱动芯片和多种不同功率等级的功率模块，仅由几个专用芯片和一个功率模块便可构成一个功率齐全、性能优异的步进电机驱动器。例如意大利SGS公司的L297和L298构成的四相（二相）定电流斩波驱动器就属此类[1]。 从上面的分析，我们可以看出，国外所采用的集成技术由于涉及到微电子技术、集成电路加工技术、电力电子技术的前沿，在我国目前情况下暂不能实现，所以用集成加分立元件开发出适合我国国情的高性能驱动器是一个比较现实的做法。 (责任编辑：qin) |