步进电动机恒频脉冲调宽细分驱动电路

    赵世强  (空军电讯工程学院)

    齐  才  (西北工业大学)

1引言

    恒频脉冲调宽细分驱动电路是利用预存细分编码的方法产生阶梯电压，并经脉冲调制产生细分所需的阶梯驱动电流。

2电路结构

    电路如图1所示，u₁为8031单片机，它控制u₂产生速度控制脉冲Vv。及20kHz恒频脉冲。u₃为2进制计数器，在砜控制下选取u₅、u₆的地址，当Q6、Q7为“11”时，通过u₄的控制作用使u₃复位，这样u₃每计满196个Vv脉冲便循环一次。u₅、u₆的地址端口A0～A12均分别并接。片内分段存贮了不同细分工作状态的编码(见附表)及相宇控制信号的编码(u6的D3、D4、D5)见图2。u₇(或u₈、u₉)为8选1模拟开关，把细分编码变成阶梯电压VT。u₁₁为比较器。u₁₄为D触发器，用其实现脉冲调宽。为防止因比较器漂移或干扰导致功放管误导通，把u₁₄的输出与相序控制信号相与后去控制功放管。u₁₀除对u₆的D₃、D₄、D5输出起缓冲作用以外，还可通过其CLR

端实现对输出端清零，以封锁D触发器的输．出，为步进电动机运行提供合适的起始状态。考虑到u₁₀是D触发器，其时钟信号必须迟于D端输入信号，故把u₁₀的时钟信号通过u₁₂、u₁₃延迟，以确保时序的良好配合。实际上，u₅、u₆用传输时间短的27C64存贮器****。

    另外，采用预存细分编码方法具有占用CPU时间少的优点。

3恒频脉；中调宽细分工作过程

    功放管的S极串接电阻为Rs，采样绕组电流iL在RS上的压降ys直接反映了iL的波形。u₁₁把阶梯电压VT与Vs进行比较，通过D触发器u14实现恒频脉冲调宽。所谓恒频是指20kHz方波频率不变。所谓脉冲调宽是指功放管导通时间宽度随着阶梯电压上升、下降而改变。所谓细分是指i1在阶梯电压VT控制下，以若干个阶梯上升到额定值或以同样的阶梯从额定值下降到零，即把步距角分成若干步完成。

    以图3为例说明其过程。t=t0时，阶梯电压VT跃升至VT1，且VT1>Vs。因u14D端

接“1”，在clock上升沿到来时，u14输出电压VQ为“1”，此时相序控制信号(u6的D3也为“1”，这样功放管FET1导通。但iL按iL=VD/RL1(1一PK/L)指数规律上升，同理iLRs、VRs

也按指数规律上升。在t。<t<t1期间，因Vs<VT，致使vQ始终为“1”，功放管一直导通。

当t=t1时，Vs=VT，u11输出低电平，使u14清零，导致功放管截止。iL只能通过泄放电路泄放而下降。t=t2时，iL下降，使Vs<VT，u11输出高电平，当clock上升沿到来时，使u14的输出VQ为“1”，功放管又导通，使iL上升。t=t3时，因iL上升，又使Vs=VT，导致功放管截止，i1又经泄放电路泄放。如果VT保持VT1值不变，在20kHz的clock作用下，功放管处于开关状态，iL在iL，基础上有很小的波动，即实现了恒频斩波。当t=t6时，VT上升到VT2值，使VT>Vs，u11输出高电平，在clock上升沿到来时，u14输出高电平，但iL不能突变，所以在t6<t<t7期间，因VT>Vs，u14-直输出高电平，功放管始终导通，iL在iL1基础上升到新的数值iL2。

    在t=t8、t=t9时，因阶梯电压VT分别突峰至VT1值、零值，相应的iL也从iL2地值按指数规律阶梯式的分别降到iL1值、零值。

    可见，VT每次按阶梯状突升或突降，都引起VQ脉冲宽度的改变，最终使iL也呈阶梯状上升或下降，使电机转动的步距角得到细分。另外还看到每个阶梯电压值大小直接影响绕组电流iL大小，实际中过调整Rw中点位置实现。

4结语

    该电路把可变细分与恒频脉冲调制结合在一起，实践证明，在低遮转动时。电机工作平稳，噪声小。如果要使阶梯电压进一步细分．可用16选1摸拟开关CD4067代替CD4051。