基于FPGA的步进电机脉宽调制细分驱动器-澳门金沙娱乐直营官网_【www.01amjs.com】澳门金沙娱乐
您好,欢迎来到澳门金沙娱乐直营官网_【www.01amjs.com】澳门金沙娱乐   请 登录免费注册
服务热线:
当前位置:澳门金沙娱乐 >> 资讯频道 >> > 技术应用 >> 基于FPGA的步进电机脉宽调制细分驱动器

基于FPGA的步进电机脉宽调制细分驱动器

时间:2017/8/12 9:19:00   来源:本网   添加人:admin

  (南昌工程学院机械与动力工程系,江西南昌330099)保护信号反馈信号1驱N恒频脉宽动1/调制电路电口々1 1参路运算放大器一I绕组电流检测电路了一种恒频脉宽调制细分驱动器。,虚线框为FPGA编程后的内部模块。

  晶振电路厂步进脉倍频腧方向曰"环形分配腧控制逻辑腧步进电动机驱动器总体结构其工作过程是:从控制器输入的脉冲、方向信号送给以FPGA为核心的逻辑控制电路,经过判断处理,一路信号输出相应的细分控制数据至DA转换器,D/A转换器根据电流设定值,经运算放大器后输出模拟阶梯电压信号;另一路输出环分信号;机的绕组上控制其电流,从而驱动步进电机运行。

  2主要电路模块的实现21环行分配器电路在驱动器中,选用了ALTERA系列中的EIM7000S可编程器件,一片EPM7000S器件实现了脉冲环分、倍频、逻辑控制等功能。在MAX十PLUS开发平台上用VelogHDL硬件描述语言,对FPGA进行逻辑设计。软件设计的流程包括以下几部分:用VeloHDL进行设计输入编译;功能仿真(前仿真)设计输入优化;布局布线;后仿真;编程与验证2.其输入与输出波形如所示。

  匕时序仿真调制。使其功率场效应管工作在开关状态。脉冲发腿输出低电平,D触发器输出低电平,口口22功率驱动电路功率驱动模块为步进电机输出电磁转矩提供高电压、大电流,由缓冲吸收电路、互补式放大电路、反压泄流电路、隔离电路等组成,并采用VMOS管作为末级功率驱动开关管和高低压驱动关管。

  采用高低压驱动。高压使电流建立时间快,低压可维持电机绕组额定电流。

  采用VMOS管作为末级功率驱动开关管,电路有以下优点:导通压降低、耐压高导通电流大、导通速度快、驱动电流小、损耗低、电路简单且更加可靠。

  反压泄流与缓冲吸收电路。当功率管截止时,电机绕组的电感产生很高的反压,把二极管和电阻串联后并在绕组上,以释放绕组上电感存储的能量,同时消除尖峰电压对VMOS管的冲击。

  互补式放大电路。为了保证功率管有更快的开关速度,在Q16前加一级互补式晶体管。同时在栅源之间并联一只电阻,以提高Q16的耐压和抗干扰能力。

  上侧高端场效应管驱动系统中,采用光电隔离型、光电耦合器采用快速型光隔4N25其电路原理如所示。

  23恒频脉宽调制信号电路利用定频脉宽细分驱动电路方案,阶梯波采用可变细分控制原理,而在恒流阶段可采用定频脉宽生器方波用于恒频脉宽调制;D/A输出阶梯电压VA比较器U23用于阶梯电压Va和绕组检测电压的比较;D触发器用于恒频脉宽调制和阶梯控制的合成。斩波调制信号用脉冲发生器产生。为避免产生电磁噪声,脉冲频率取20kHz调制电路如所示。将此脉冲供给步进电机各相驱动电路作为斩波调制信号,使步进电机各相斩波同步。这样一方面不会产生电磁噪声,另一方面也可避免由于步进电机各相斩波不同步而产生的差拍噪声,同时整个电路也变得简单。

  其工作原理如下:对给定电压VaU23A输出高电平,CLK0信号的上升沿使D触发器的Q=1Th(高端场效应管)、Tl(低端场效应管)导通,则绕组电流迅速上升;当Vr截止,/.下降,使Fr〈VA,此时D触发器又输出高电平,Th和Tl又导通,则绕组电流名重新上升,此过程一直重复。恒频脉冲频率较高,使得Vr基本保持在Va值,且/波顶比较平稳。若有较大的阶梯上升时,Th和Tl导通的时间较长,直到VrVa为止;若有较大的阶梯下降时,Th和Tl截止的时间较长,直到VrR为止。这样通过控制开关管的开通时间达到恒频脉冲调宽细分的目的。

  护,它响应速度极快、嵌位电压稳定、体积小、价格低,当电压超过P6KE200A额定电压时,P6KE200A迅速反向击穿,由高阻态变成低阻态,并把干扰脉冲嵌位于规定值,从而保证功率场效应管不受损坏,嵌位时间定义为从零伏达到反向击穿电压最小值所需要的时间。嵌位时间极短(仅1ns),所能承受的顺态脉冲电流值高达几10安培。

  (2)过流保护电路。过流检测电路用于防止电流检测电路失效造成大功率场效应管过流和过热损坏。电路中以比较器和取样电阻等构成过流保护电路,其中步进电机相电流是通过一个串接在步进电机绕组回路的小阻值水泥电阻来检测,将电阻上的压降与比较器的电压相比较得到控制信号。当电流过大时取样电阻上的电压比电压高,则输出低电平,切断各相的脉冲信号,使各功率管关断,防止了大功率管因过流而造成的损坏。

  3结论利用现场可编程逻辑器件FPGA,在MAX十PLUS开发环境下,设计了一种具有细分功能的步进电机驱动器。硬件相对简单,设计灵活且可实现多种控制功能;利用场效应管作为功率驱动开关管,使步进电机获得了更高的性能,具有较好的动态和静态驱动特性。试验证明,此系统功能满足设计要求,控制灵活,集成度高。驱动器在减小了体积、降低开发成本的同时,又增加了稳定性和可靠性,电机无失步现象,具有较好的动态和静态驱动特性,有效地提高步进电动机系统的运丁效果。