步進(jìn)電機(jī)接口技術(shù)講稿

1、步進(jìn)電機(jī)接口技術(shù)根據(jù)環(huán)行分配器的不同構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)可以有兩類(lèi)：硬件環(huán)行分配器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)和軟件環(huán)行分配器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電氣系統(tǒng)。如下面兩圖：硬件環(huán)行分配器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路軟件環(huán)行分配器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路問(wèn)題： 無(wú)論哪種系統(tǒng)，從環(huán)行分配器輸出的都是數(shù)字電平信號(hào)，而步進(jìn)電機(jī)需要的是大功率電壓信號(hào)。 步進(jìn)電機(jī)的大功率強(qiáng)電信號(hào)對(duì)微機(jī)有干擾。解決問(wèn)題的方法： 采用光電耦合電路將步進(jìn)電機(jī)的強(qiáng)電信號(hào)與微機(jī)的弱電信號(hào)進(jìn)行隔離及電平轉(zhuǎn)換。 采用功率放大器進(jìn)行功率放大。1.光電隔離電路光電隔離電路設(shè)置在環(huán)行分配器和功率放大電路之間。光電隔離電路已經(jīng)是一個(gè)集成電路器件，一般叫光電耦合器。有利用TTL電

2、路構(gòu)成的光電耦合器，也有利用CMOS電路構(gòu)成的光電耦合器,工作原理一樣。 光電耦合器的組成光電耦合器由發(fā)光源和受光器兩部分組成：發(fā)光源：砷化鎵紅外發(fā)光二極管受光器：光敏三極管達(dá)林頓管光敏集成電路發(fā)光源和受光器兩部分結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，但被封閉在同一個(gè)不透明的管殼內(nèi)，并由絕緣透明樹(shù)脂隔開(kāi)。光電耦合器的封裝形式管式雙列直插式光導(dǎo)纖維連接式光電耦合器的典型結(jié)構(gòu)如圖光電耦合器的結(jié)構(gòu)和符號(hào)2光電耦合器的工作原理當(dāng)有電流流過(guò)發(fā)光二極管時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光。光敏三極管接受光照后即可導(dǎo)通，從而產(chǎn)生電信號(hào)。使用光電耦合器時(shí)必須接外電路。主要考慮接驅(qū)動(dòng)器和外接電阻。驅(qū)動(dòng)器有同相驅(qū)動(dòng)和反相驅(qū)動(dòng)之分；輸出電路也有同相輸出和反

3、相輸出之分。反相驅(qū)動(dòng)同相輸出同相驅(qū)動(dòng)反相輸出同相驅(qū)動(dòng)同相輸出 反相驅(qū)動(dòng)反相輸出 3光電耦合電路的特點(diǎn)光電耦合電路具有如下特點(diǎn)：光電耦合器的信號(hào)傳遞采取電光電的形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，因此具有很高的絕緣電阻，可達(dá)1010歐姆以上，并能承受2000伏以上的高壓，因而被耦合的兩個(gè)部分可以自成系統(tǒng)，也不需要“共地”，絕緣性和隔離性都很好，能夠避免輸出端對(duì)輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾。光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，動(dòng)態(tài)電阻很小，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外的噪音干擾信號(hào)形成低阻抗旁路，所以具有很強(qiáng)的抑制噪音干擾能力。光電耦合器作為開(kāi)關(guān)應(yīng)用時(shí)，具有耐用、可靠性高和速度快等優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間一般為數(shù)微秒以?xún)?nèi)，高速型

4、光電耦合器的響應(yīng)時(shí)間甚至小于10鈉秒。2功率放大電路單電壓驅(qū)動(dòng)電路單電壓驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)化電路單電壓驅(qū)動(dòng)改進(jìn)型電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路原理圖高低壓驅(qū)動(dòng)電路波形圖恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路原理圖恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路波形圖3光電耦合器的外電路設(shè)計(jì)以GO101光電耦合器為例，計(jì)算外接電路的輸入電阻、輸出電阻阻值。光電隔離器電路驅(qū)動(dòng)器選擇發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器通常選擇74系列電路。輸入電阻計(jì)算式中：驅(qū)動(dòng)電流，選 10 mA：驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓，查表5V：光敏二極管的正向電壓,查表1.2V：驅(qū)動(dòng)電路輸出低電平時(shí)的電壓，查表0.5V 所以：附表1： TTL集成電路參數(shù)輸入低電平電流IiL(mA)輸入低電平電壓

5、UiL(V)輸入高電平電流IiH(A)輸入高電平電壓UiH(V)電源電壓Ucc(V)-0.40.82025輸出低電平電流IOL(mA) 輸出低電平電壓UOL(V) 輸出高電平電流IOH(A)輸出高電平電壓UOH(V) 100.5-0.42.7注:此電路為同相驅(qū)動(dòng)，只有當(dāng)7407輸出低電平時(shí)發(fā)光二極管才有電流流過(guò)，所以，取輸出低電平時(shí)電壓值作為計(jì)算參數(shù)。附表2： GO100系列三極管型光電隔離器參數(shù)表名稱(chēng)輸入部分輸出部分項(xiàng)目正向電壓反向漏電流最大正向電流反向漏電流飽和壓降反向擊穿電壓最大功耗代號(hào)UFIRIFMICEOUCESUCEOPCM單位VAmAAVVmW測(cè)試 條件型號(hào)I F=10mAUR=

6、5VUCE=10VIC=1mAIF=20mAIC=1AGO1011.210500.10.43050GO10275GO10375續(xù)附表2： GO100系列三極管型光電隔離器參數(shù)表名稱(chēng)傳輸特性隔離特性項(xiàng)目電流傳輸比上升時(shí)間下降時(shí)間絕緣電容絕緣電阻隔離電壓代號(hào)CTRtrtfCISORISOUISO單位%spFkV測(cè)試 條件型號(hào)I F=10mAUCE=10VI F=10mAUCE =10VRL = 50f =100HzU=6mVf=1MHU=500V交流50H峰值1分或直流GO10110-303110100.5GO10230-60GO10360輸出回路電阻計(jì)算式中：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓，選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為5

7、5BF004，查表得出：27V：晶體管基極到發(fā)射極電壓， =0.7V這兩個(gè)公式里所減的2是后面功放電路中T1和T2的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓降。：GO101光電耦合器輸出飽和壓降，查表 =0.4V當(dāng)有電流IA流過(guò)光敏三極管時(shí)，必須考慮光敏三極管的飽和壓降。注：這部分計(jì)算與功放電路有關(guān)，見(jiàn)后面。4. 功放電路的計(jì)算功放電路的功能是將環(huán)形分配器送來(lái)的弱電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)電信號(hào)，設(shè)計(jì)中采用了晶體管單電壓型的驅(qū)動(dòng)電路。它具有控制方便，調(diào)試容易和線路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。見(jiàn)下圖隔離驅(qū)動(dòng)電路計(jì)算圖確定電流IA、IC、IG、ID、IB、IE、IPIP：步進(jìn)電機(jī)每一相繞組的相電流，查55BF004型號(hào)步進(jìn)電機(jī)： =3A所以：Ip = 3 A與的關(guān)系：式中：hFE：共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。指在沒(méi)有交流信號(hào)輸入時(shí)，共發(fā)射極電路輸出的集電極直流電流與基極輸入的直流電流之比。3DD15綠點(diǎn)時(shí) =80120，取 = 100所以：即：IB = 30 mA流入3DK4的電流與、的關(guān)系：3DK4綠點(diǎn)時(shí) =50110，取 = 80而：所以：即：IE = 0.7 mAIG = 0.384 mA而：即：ID = 30.7 mA又：(見(jiàn)光電隔離電路)式中：IA：光敏三極管的