带电流负反馈的混合式步进电机控制系统研究
王帅夫，刘景林
（西北工业大学西安710072)
摘要：介绍了一种应用于混合式步进电机的控制系统，该系统以二相混合式步进电动机的静态和动态运行特性为出发点，主要由控制电路、逻辑合成电路、pwm波调制电路、功率驱动电路、过流保护电路和电流负反馈电路六部分组成。本系统以单片机at89 c51为控制核心，实现正／反转运行、过流保护和电流负反馈功能。针对步进电机随着频率升高带载能力下降的特点，系统通过采用过流保护和电流截止负反馈等措施后，使系统的带载能力有所提高。
关键词：步进电机；单片机；电流截止负反馈
中图分类号：tm383. 5 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)07-0061-03
o引 言
本系统采用单片机、pwm专用芯片和可编程逻辑芯片，结构简单，成本低廉，有过流保护电路和电流负反馈电路保证运行的安全，提高了系统的矩频特性。
以往的恒流驱动方式的供电电压比电机额定电压高得多，使绕组电流上升和衰减速度很快，通过斩波方式使电机绕组电流在低速到高速运行范围内保持恒电流，从而保持电机输出转矩恒定。
但是存在一些缺点：线路较复杂、低速运行时绕组电流冲击大，使低频产生振荡，运行不平稳，噪声大、定位精度没有提高等。
l 系统组成
本文中系统的特征：由于使用了电流反馈，绕组电流可以恒定，且不随电机的转速而变化，从而保证在很大的频率范围内电机都能输出恒定的转矩，本泵统是针对两相混合式步进电机所设计，可在宽电压范围内对步进电机进行驱动和控制。
系统由六个部分组成：控制电路、逻辑合成电路、pwm波调制电路、功率驱动电路、过流保护电路和电流负反馈电路。系统框图如图1所示。系统接受外部信号之后单片机输出四路控制信号，这四路信号和sg3525输出的两路pwm波，经过gai20v8组合，来控制各功率管的开通与关断。
1.1控制电路
控制电路主要由单片机at89c2051构成。控制电路接受外部正／反转、脉冲信号、4/8拍切换和过流保护信号经过光电隔离后分别输入至单片机的p3．o、p3. 3、p3.1、p3.2口，经过处理输出a、／a、b、/b 4路信号。其中a和/a代表a相绕组正端和负端功率桥控制信号，b和代表b相绕组正端和负端功率桥控制信号。
1.2逻辑合成电路
逻辑合成电路主要由gal20v8b组成，它将pwm波调制电路输出的两路互补的pwm信号与控制电路产生的控制信号综合处理，产生8路h桥控制信号。由逻辑合成电路产生的八路信号经由反相器输入至功率驱动电路中由八个mosfet组成的两个h桥。控制电路和逻辑合成电路的框图如图2所示。
1.3 pwm波调制电路
pwm波调制电路采用集成脉宽调制器( sc3525)实现斩波电流信号的生成t，工作时的斩波频率和死区大小由接于5、6、7引脚上的ct、rt和rd共同决定，等式为：f= 1/ct（0.7rt+ 3rd）。通过调节2脚（同相输入端）上的电位计pl来调节pwm波的占空比，从而输出两路互补的单极性pwm信号。其电路构成如图3所示。
1.4功率驱动电路
功率驱动电路由四片ir2110驱动芯片，和由这四片ir2110驱动芯片驱动由8只高频cmos功率场效应晶体管组成的两个h功率桥构成。由逻辑合成电路输入的八路控制信号分别控制8只cmos管的开通和关断，输出的四路信号分别接到两相混合式步进电机的两套绕组的正负端，实现两相混合式步进电机的四种模式：正转整步运行、正转半步运行、反转整步运行和反转半步运行。
1．5过流保护电路
过流保护电路主要由运算放大器和电压比较器构成，如图4所示。由采样电阻得来绕组上的信号，经放大然后跟标准电 |
