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。

3.2 电流追踪型回路

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,调节器输出信号由20KHz 频率的三角波载波输出,形成脉宽调制信号(PWM),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。

3.3 功率驱动电路

整流滤波电路构成直流电压源,完成220V、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。逆变器由六只G30N60B3DMOS管组成,构成三相逆变桥。

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来选用合适的MOS管。本设计中电机最大相电流为8.1A,该电流是相电流的有效值,峰值相电流为8.1* sqrt(2) = 11.312A 。此外,电机绕组在三角形接法时,线电流是相电流的3 倍,所以线电流峰值为19.6A。由G30N60B3DPDF文档知,其最大流值为30A,但是正常工作要求适当的散热设计保证内部结温永远小于150摄氏度,因此要外加散热器并强制风冷,以保证MOS管正常工作。

3.4 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工。并口RAM比传统使用的E2ROM速度传输更快更可靠,可更有效的记录电机运行状态。

3.5 控制软件流程

三相混合式步进电机的工作原理以及驱动器系统设计

图4 主程序流程图

三相混合式步进电机的工作原理以及驱动器系统设计

图5 中断部分的流程图

4 结论

实验证明了文中提到的驱动方法有着很强的适应性,可以适应大多数的三相混合式不进机。特别对三相绕组星形接法,低频时运行平稳,无振荡,有效地抑制了振荡、噪声。而且在驱动里里面还设计有多种保护驱动的电路,让整个驱动在安全的环境下工作,这样可以使驱动的功能发挥到极限,可靠性有了很大的提高。