三相混合式步进电机驱动器的系统构成 - 三相混合式多细分步进电机驱动器方案

　　图3 驱动器的整体框图

　　3.1 DSP模块设计

　　在这里，我们选择了TI公司的DSP作为CPU芯片，DSP(Digital Signal Processor)是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。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，含有四个通用定时器，具有两路专用于控制三相电机的PWM发生器，另外还有专用接收外部脉冲和方向的I/O口。

　　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

　　图4 主程序流程图

　　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。