阅读说明：本技术 恒转矩步进电机驱动器、电机及应用 (Constant-torque stepping motor driver, motor and application ) 是由 何伟斌 何风云 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种恒转矩步进电机驱动器、电机及应用,其特征具有快速续流输出电路,反电动势方向输出电路,所述快速续流输出电路与所述反电动势方向输出电路电连接或所述单片机电连接,所述反电动势方向输出电路与所述单片机电连接；所述反电动势方向输出电路的输入端与电机的相线信号电连接；所述反电动势方向输出电路的输出信号受所述快速续流输出电路控制；所述反电动势方向输出电路,其内部电路包含比较器电路；所述快速续流输出电路,具有相线电平高于电源电平输出电路或相线电平低于电源地线电平输出电路；该恒转矩步进电机驱动器特别涉及到步进电机无感闭环高速驱动,输出转矩大,温升低,电机不谐振等优点。(The invention discloses a constant-torque stepping motor driver, a motor and application, and is characterized by comprising a rapid follow current output circuit and a counter electromotive force direction output circuit, wherein the rapid follow current output circuit is electrically connected with the counter electromotive force direction output circuit or the single chip microcomputer; the input end of the counter electromotive force direction output circuit is electrically connected with a phase line signal of the motor; the output signal of the counter electromotive force direction output circuit is controlled by the rapid follow current output circuit; the internal circuit of the counter electromotive force direction output circuit comprises a comparator circuit; the fast follow current output circuit is provided with an output circuit with a phase line level higher than a power supply level or an output circuit with a phase line level lower than a power supply ground line level; the constant-torque stepping motor driver particularly relates to the advantages of noninductive closed-loop high-speed driving of a stepping motor, large output torque, low temperature rise, no motor resonance and the like.)

恒转矩步进电机驱动器、电机及应用

技术领域

本发明涉及到电机驱动器领域，涉及无刷电机、永磁电机、步进电机、低速同步电机等无传感器的驱动领域，涉及到用电机驱动的自动化设备或用电电器、车辆等领域的技术发明。

背景技术

在现有步进电机驱动技术中，都采用时间换相驱动方式驱动步进电机，都以相对固定值的相电流激励相绕组。

在现有闭环步进电机驱动系统中，采用了编码器回馈了电机转动信号，将步进电机驱动的性能也提高了一些，但是编码器及连线的成本很高，且故障率也居高不下，也未能解决步进电机驱动所存在的实质性的问题。

在现有步进电机驱动的领域，由于存在换相时间点和转子的相对位置超前或滞后的原因，使步进电机温升高，使高速驱动时力矩较小，低速驱动时电机震动大，使电机的使用寿命和性能大大降低，经常出现丢步的问题，尤其是一直存在电效率很低等问题，对步进电机的精确换相未能解决的一大技术难题。

发明内容

鉴于背景技术存在的不足，本发明要解决步进电机动态换相的问题，通过反向电动势的方向来决定相绕组的换相时间，根据负载和转动速度来调整相电流，并始终保证动态换相的准确时间，因此可以实现恒转矩驱动方式。

提供一种高速稳定的换相电路，适合于直流无刷电机、步进电机、同步电机、永磁电机等换相要求高的恒转矩步进电机驱动器。

为此，本发明是采取如下技术方案来解决上述技术问题的：恒转矩步进电机驱动器，包括电源滤波电容，单片机，功率桥输出电路，所述功率桥输出电路通过功率管驱动电路与单片机电连接，其特征具有快速续流输出电路，反电动势方向输出电路，所述快速续流输出电路与所述反电动势方向输出电路电连接或所述单片机电连接，所述反电动势方向输出电路与所述单片机电连接；所述反电动势方向输出电路的输入端与电机的相线信号电连接；所述反电动势方向输出电路的输出信号受所述快速续流输出电路控制；所述反电动势方向输出电路，其内部电路包含比较器电路；所述快速续流输出电路，具有相线电平高于电源电平输出电路或相线电平低于电源地线电平输出电路。具有上述恒转矩步进电机驱动器的电机，其特征在于所述电机定子和转子，所述转子上或安装永久磁铁或短路环；具有上述恒转矩步进电机驱动器的步进电机，其特征在于所述步进电机与所述的恒转矩步进电机驱动器电连接；具有所述电机的自动化设备，其特征在于所述电机安装在所述自动化设备上；具有所述电机的家用电器或工业电器或无人机，所述电机与该家用电器或工业电器或无人机连接；具有所述电机的车辆，具有蓄电池，车轮，转向装置，刹车装置，灯光装置，速度调节装置，所述的各装置直接或间接安装在车架上。

上述的恒转矩步进电机驱动器，适合于两相、三相、四相和五相电机的驱动，可以对步进电机实现精确换相，使步进电机动态换相成为实现，由于实现了动态换相，单片机将外部输入的步脉冲信号和电机的换相信号相匹配实现了闭环控制，单片机控制步进电机的电流大小适当，控制合适的速度，相电流跟负载成正比，实现了恒转矩驱动方式，电机效率较高，温升较低，不会产生电机的低频震动，高速时转矩很大，实现了步进电机恒转矩驱动的先例。

附图说明

下面再结合附图进一步描述本发明的有关细节。

图1为本发明电路两相步进电机驱动原理示意图；

具体实施方式

恒转矩步进电机驱动器、电机及应用，包括电源滤波电容E1，单片机采用stm32系列，功率管驱动电路采用FD6288芯片，LA为步进电机A相绕组，LB为步进电机B相绕组，功率桥输出电路，M1、M2为H桥A相一端A+上下半桥功率场效应管，D1为M1管内置二极管，D2为M2管内置二极管，M3、M4为H桥A相另一端A-上下半桥功率场效应管，D3为M3管内置二极管，D4为M4管内置二极管，M5、M6为H桥B相一端B+上下半桥功率场效应管，D5为M5管内置二极管，D6为M6管内置二极管，M7、M8为H桥B相另一端B-上下半桥功率场效应管，D7为M7管内置二极管，D8为M8管内置二极管，PWM期间各相工作时上下桥臂功率管交替导通；R1、R2为相电流采样电阻，功率桥输出电路通过功率管驱动电路FD6288与单片机电连接，D14、D15、D16、D17、D18、R18、C2、P1、N6、R17、R33组成了相电平高于电源电平快速续流输出电路，D9、D10、D11、D12、D13、R3、C1、N1组成了相电平低于电源地电平快速续流输出电路，实施例可以选择之一，R5、R6、R7、N2组成了A+相反电动势方向输出电路，R10、R9、R8、N3组成了A-相反电动势方向输出电路，R12、R13、R11、N4组成了B+相反电动势方向输出电路，R16、R15、R14、N5组成了B-相反电动势方向输出电路，另一采用比较器的反电动势方向输出电路由R20、R19、L1A组成了A+相反电动势方向输出电路，R21、R22、L1B组成了A-相反电动势方向输出电路，R23、R24、L1C组成了B+相反电动势方向输出电路，R25、R26、L1D组成了B+相反电动势方向输出电路，R29、R30、R31、R32为上拉电阻，R27、R28分压提供给比较器的基准电压，取REF电压为0.5V，以上两种反电动势方向输出电路，可以选择之一；附图中的AH+、AH-、BH+、BH-分别与单片机的端口连接，SW_CPU与单片机的端口连接，R1、R2电流信号与单片机端口电连接，单片机根据采样到的电流，调整PWM的占空比，实现恒转矩驱动，快速续流输出电路输出、反电动势方向输出电路、都连接SW_CPU网络，所述反电动势方向输出电路与所述单片机电连接；所述反电动势方向输出电路的输入端与电机的相线信号电连接；所述反电动势方向输出电路的输出信号受所述快速续流输出电路控制；所述反电动势方向输出电路，其内部电路包含比较器电路；所述快速续流输出电路，具有相线电平高于电源电平输出电路或相线电平低于电源地线电平输出电路。具有上述恒转矩步进电机驱动器的电机，具有所述电机定子和转子，所述转子上或安装永久磁铁或短路环；具有上述恒转矩步进电机驱动器的步进电机，所述步进电机与所述的恒转矩步进电机驱动器电连接；具有所述电机的自动化设备，所述电机安装在所述自动化设备上；具有所述电机的家用电器或工业电器或无人机，所述电机与该家用电器或工业电器或无人机连接；具有所述电机的车辆，具有蓄电池，车轮，转向装置，刹车装置，灯光装置，速度调节装置，所述的各装置直接或间接安装在车架上。

单片机根据转动方向和出现在AH+、AH-、BH+、BH-上的低电平信号，决定换相时间，步进电机实现精确换相时间点，使步进电机动态换相变为实现，由于实现了动态换相，单片机将外部输入的步脉冲信号和电机的换相信号相匹配实现了闭环控制，单片机控制步进电机的电流大小适当，控制合适的速度，相电流跟负载成正比实现了恒转矩输出，电机效率较高，温升较低，不会产生电机的低频震动，高速时转矩很大，实现了步进电机恒转矩驱动的先例。

单片机也可以根据模拟电压来做恒转矩输出运行，也可以根据模拟电压做恒速度输出运行。

以上对两相的步进电机驱动工作原理做介绍，本领域的普通技术人员根据上述实施例同理可以实现对两相、四相和五相电机的驱动。