步进电机驱动器的设计,硬件部分主要有如下几个部分:
脉冲,方向,使能信号处理部分。光耦电路,现在市面上大部分驱动器有三个光耦的输入通道,其中使能通道只需要很低的速度,采用817系列的光耦就可以搞定。另外的两个通道根据速度要求不同,部分公司采用安高华A2531和2631,另外部分公司采用6N137。整形电路,这块电路简单的可以通过上拉电阻,以及一个300pf左右的电容作为简单的滤波,也可以使用RC滤波电路。也可以根据需要加入一个74HC14D施密特触发器作为整形。电源部分:采用开关电源,市面上UC3843的方案被大量使用。H桥电路:大部分都采用NMOS作H桥,采用IR210X系列的半桥驱动芯片。也有使用N+P的情况。保护电路:电压保护,电流保护,过温保护。主要是过流的保护,容易烧掉昂贵的MOS管,特别需要注意,大部分都没有做过温保护,因为过温通常就是因为过流产生的。过压的保护很简单,用分压电阻和电压基准比较输出就可以,电流的保护通常做50%的余量,也可以使用比较器进行比较。PWM环电路:市面上采用单片机,FPGA+TLC7528的项目比较多,最近两年全数字的驱动器也火起来了,开始使用DSC和DSP系列作驱动器。如果采用单片机+7528,电流采样采用H桥+一个高精度的无感电阻,通常用到几百毫欧的采样电阻,功率选择5W左右,则电流采样放大以后,直接输入到单片机的ADC引脚,从而调整PWM的占空比,进行斩波恒流。
MCU部分:MCU通常为单片机,FPGA和DSP,或者是单块的集成电路。目前单块的集成电路大部分都用在57以及更小功率的场合。而MCU+H桥的电路用在更高功率的场合。但是基本上MCU所包含的模块基本上包括了如下的功能:
正弦表:这个表可以根据需要进行修改,也有更加先进的技术对这个表进行了修正,以达到一个和负载更加匹配的条件。如采用最高256细分的场合,可以将正弦波的X轴进行等分,计算出Y轴的值,从而生成正弦表。细分计算:这个配合正弦表,进行正弦表的跳转处理,比如如果按照100%作为峰值,两细分情况下,第一梯则为sin45度为71%,如果是4细分,则第一梯为sin22.5度所对应的Y值。输入逻辑处理,输入通常有脉冲信号,方向,使能,保护信号,半流信号,细分信号,甚至有电流的设置信号,这个输入逻辑必须配合时序图做细心的分析,以得到正确的时序。PWM和报警信号的输出,PWM模块是MCU的核心,市场上有大量专门针对电机驱动的MCU,microchip公司还i有专门针对电机驱动的MCPWM,方便进行PWM的设置。PWM的占空比的值通过反馈回来的采样电流值进行调整,从而得到一个正弦的电流跟随输出。带ADC的模块可以直接采样电流值,用DSC进行处理以后,进行调整,这样,就不再需要用DAC芯片输出一个和采样电流的对比信号,从而降低成本。