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三相混合式多细分步进电机驱动器

发布时间:2014-11-27 22:33:27  来源:大电流电感厂家   查看:

三相混合式步进电机一般把三相绕组连接成星形或者三角形,按照电路基本定理,三相电流之和为零。即iU+iV+iW=0。所以通常只需产生两相绕组的给定信号,第三相绕组的给定信号可由其它两相求得。同样,只需要对相应两相绕组的实际电流进行采样,第三相绕组的实际电流可根据式求得。

三相混合式步进电机驱动器的系统构成

驱动器的总体方案如图3所示,主要包括单片机电路、电流追踪型SPWM电路和功率驱动电路组成。

DSP模块设计

在这里,笔者选择了TI公司的DSP作为CPU芯片,DSP(Digital Signal Processor)实际上也是一种单片机,它同样是将中央处理单元、控制单元和外围设备集成到一块芯片上。但它又有自身鲜明的特点——因为采用了多组总线技术实现并行运行的机制,从而大大提高了运算速度,具有更强的运算能力和更好的实时性。本文选用的DSP(TMS320LF2407A)是一款电机控制专用芯片,144引脚,具有丰富的IO资源,含有4个通用定时器,具有两路专用于控制三相电机的P一体电感WM发生器(可产生六路PWM信号),另外还有专用接收外部脉冲和方向的I/O口,从而简化了电路设计和程序开发。

DSP输入信号包括步进脉冲信号CP、方向控制信号、脱机信号,过流保护信号。这几种信号均通过高速光耦连接到DSP的引脚上,另外还有细分步数及电流选择信号。当脱机信号为有效时,驱动器输出到电机的电流被切断,电机转子处于自由状态(脱机状态)。反馈电流通过DSP自带的10位模数转换器(AD)采样,反馈的电流通过一定的算法后,由DSP自带的PWM口输出控制电机。

电流追踪型回路

一体成型电感器这种传输方式以模拟电压的幅值代表采样电流或者电压的大小,其主要用来采样a,b两相电流及母线电压检测,实现电机电流控制以及过压、欠压、过流保护。驱动器通过采样电阻检测步进电机绕组的实际电流,与设定电流相比较后经过滞环比较器调节器,调节器输出信号经过滞环比较器调节器,调节器输出信号由20kHz频率的三角波输出,形成空间矢量脉宽调制信号(SVPWM),通过功率驱动接口电路来控制大功率半导体器件的导通与关断,使步进电机的绕组实际电流跟踪给定参考信号,按给定的正弦规律变化。

功率驱动电路

驱动器的主回路采用交—直—交电压型逆变器形式,由整流滤波电路、三相逆变器以及步进电机等组成。整流滤波电路构成直流电压源,完成200V、50Hz交流电源到直流电源的变换。逆变器实现从直流电到变频变压交流电的转换,为三相混合式步进电机的定子绕组提供要求的交流电流。逆变器由仙童公司生产的六只G30变压器电感器N60B3DMOS管组成,构成三相逆变桥,驱动器采用两只电阻检测步进电机相电流的瞬时值。功率驱动电路的核心是功率模块(MOS管),MOS管与电流追踪型PWM输出之间必须通过专用高速光耦连接,根据MOS管的过流值和电机峰值线电流的峰值小于MOS管的最大电流值。本设计中电机最大相电流为8.1A扁平型电感,该电流是相电流的有效值,峰值相电流为11.312A(即8.1sqrt(2))。此外,电机绕组在三角形接法时,线电流是相电流的三倍,所以线电流峰值为19.6A。由G30N60B3D PDF文档知,其最大流值为30A,故可以保证正常使用。正常工作要求适当的散热设计保证内部结温永远小于150℃,因此要外加散热器并强制风冷,以保证MOS管正常工作。

并口通讯

为了避免在控制过程中停电或者其它特别原因掉电时造成损失,使用带电RAM存储电机位置,保证来电后工件可继续完成加。并口RAM比传统使用的E2PROM速度传输更快更可靠,可更有效的记录电机运行状态,但占用的I/O口较多,这里CPU有足够的资源可以使用。

控制软件流程

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先谢谢大家~~














换细的线。
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