+12V Uh =1 T1 UL D1 +5v 驱动逻辑电路 L D2 Rc P1.0 ≥1 T2 Uc Uref + 电流检测环节 +12V - + Rd 图3.12 具

有反馈控制的高低压驱动电路

由电路可以看出，该电路是在通常的高低压驱动电路中加设了电流检测电阻Rd和反馈控制环节以及驱动逻辑电路.电路的工作过程：当控制脉冲前沿来到时异或门和或门的输出都为“1”，则高压控制管T1与低压控制管T2同时导通，主回路电流i按负指数规律上升：

i?UR?RhCd?r?(1?e)?I0?(1?e) （式3-1）

?t/τ?t/τ式中 Uh—高电压；

Rc，Rd，r—分别为限流电阻，电流检测电阻和绕组直流电阻； I0—主回路初始电流； I0= Uh/（Rc+Rd+r） τ—主回路电气时间常数（mS），τ=L/（Rc+Rd+r） L—步进电机一相绕组的电感量（mH）.

当电流上升到电机额定电流的120%时，电流检测电阻Rd上的电压UC大于参考电压Uref，检测环节输出一个正脉冲使高压控制管关断；此时由低压电源UL经D2向绕组供电，使维持电流为电机额定电流的90~100%.因低压电源提供的维持电流小于高压电源提供的上升电流；Rd上的电压Uc小于参考电压Uref，检测环节不再输

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出正脉冲，即在一个控制脉冲周期内T1只导通/截止一次，大大的减小了T1在切换过程中的功耗，使温度下降.而T2在整个控制脉冲的周期内一直处于深度饱和，本身的压降很小（一般小于2伏）故发热量很小.控制脉冲及检测脉冲与电流波形的关系见图3.13 。

图3.13 控制脉冲及检测脉冲与电流波形

㈡ 步进电动机驱动电路参数的计算 ◆ Uh的确定.

由式（1）可得：当控制脉冲前沿来到，即t=0时，电流上升率为：

did?t/τ??I0e?UKdtL （式3-2 ） 图1具有反馈控制的高低压驱动电路 dt即 Uh高，电流上升率大，步进电机高频运行时动态性能好.但相应的管子耐压也增大，成本会有所增加，特别对于定时控制驱动电路则应严格控制Uh避免出现电流过载.一般取Uh=120~200V，运行频率大于6000~10000HZ时取Uh=300V.

◆ UL的选取应使UL满足 UL?I1(Rc?Rd?r)（式3-3 ）

式中I1——步进电机绕组的额定电流，一般UL为9~12V.电压低，限流电阻小，发热量小.

◆ 检测采样电阻Rd一般取0.3~0.5Ω，阻值大Uc化敏感但发热量大.限流电阻Rc满足时间常数τ=L/（Rc+Rd+r）的要求及式（3）的关系. 例如：某110mm反应式步进电机，绕组电阻r=0.37Ω;电感L=8mH;额定电流I1=6A.取低压UL=12V;限流电

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阻Rc =1.5Ω检测电阻Rd =0.3Ω,电气时间常数τ=3.6mS.取高压Uh=120V时，电 流上升到7A需0.45 mS ;Uh =300V电流上升到7A仅需86μS.由此可见，如采用定时控制高低 压驱动电路，将高压管的控制脉冲宽度按有关资料推荐调整到Δt=τ，则步进电机的绕组电流将接近40A，这是不容忽视的！

③ 高低压反馈控制驱动电路的优点 综上所述我们可以得出:

◆ 高低压反馈控制驱动电路克服了高低压定时控制驱动电路的低频过载、高频出力不足使步进电机产生失步的现象，可以实现步进电机理想的矩频特性，并且可以根据不同的最高运行频率调整电源电压Uh；

◆ 高低压反馈控制驱动电路消除了恒流斩波电路因斩波过程产生的高频电磁噪音和斩波管过热现象；每个控制脉冲产生的上升电流大，加速性能好；

◆ 因电路中高压控制管截止时步进电机绕组产生的反电势使电流波形上部产生下陷，平均电流下降，下降幅度达20%使步进电机的保持力矩有所下降. 3.4.2 位置检测单元的设计

系统采用光电码盘作为位置检测装置,直接发出位移记数脉冲,可以省去像旋转变压器位置检测装置所需的模拟量到数字量的的变换电路,而且还可以省去作为速度反馈的测速发电机,这样即简化了电路,又降低了成本.

(1)光电转换整形电路的设计

在检测电机转速时，可采用如下图 3.14所示光电转换整形电路，将开有小孔的转盘安装在电机的主轴上孔的位置对准红外发光管和红外接受接收管。当电机转动时，转孔经光电管之间在接收管T的集电极产生如图P1所示波形经施密特触发器整形后转换成脉冲方波P2脉冲在一时间内进行记数，即可实现测速。

+5V

1k 2FG-5S680k 680k 1 D T 3DU3P1 P2 27

图 3.14 光电转换整形电路

对于P1—P2的波形整定我们是靠由555组成的施密特触发器来实现的，其工作原理:如图3.15所示。

P2 挡P1 光 UTUT+ - 受光 挡受光 挡 图 3.15 555组成的施密特触发器的工作原理

（2）转速检测电路

为了在高速和低速时都能得到较高的精度我们采用M/T法测速电路，上述光电码盘输出的信号处理后，用3#8253的T2对其进行记数得到M1同时用的T1对频率为FOSC的高频脉冲进行记数，得到记数M2测速电路如图3.16所示

GATE2 CLK2 3# 8253 GATE1 CLK2 高频脉冲 Q CLK D 速度脉冲 测速起/停信号 取8031的INT1端

图3.16 转速检测电路

综上所述，半闭环进给系统的设计，是通过键盘输入给定的X轴Y轴的坐标，通过单片机内部处理，使单片机输出的脉冲经过光电隔离开关送入步进电机的驱动电路，对步进电机实施控制。再通过速度检测元件光电码盘，将步进电机的速度转变为脉冲量的变化，再通过整形放大送给单片机进行记数。通过单片机内部比较，进行调整，再输出脉冲控制步进电机，形成一个闭环控制电路。

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