一种提高步进电机启动时电流上升特性的装置

摘要

本发明涉及一种提高步进电机启动时电流上升特性的装置，其包括脉冲与高电平触发装置，开关单元，触发脉冲稳定装置，短时间脉冲提供装置，步进电机，低电压源，高电压源，第一晶体管，第二晶体管，第一电阻、第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，可变电阻，电容器，5V电压源。根据本发明的装置采用电压切换方法来驱动步进电机，能够快速启动步进电机，可以改善步进电机的响应特性曲线，改善步进电机启动时的电流上升特性，使驱动电流更加接近矩形。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高步进电机启动时电流上升特性的装置。

背景技术

随着步进电机在生产和生活中应用越来越广泛，人们对于步进电机 运作、工作效率和寿命要求越来越高，这就要求我们要更好的改善步进 电机的响应特性，因为通过改善电机的响应可以达到这些效果。步进电 机的驱动电路虽然也越来越多，但是对步进电机启动时的电流上升特性 的提高并不明显。

发明内容

本发明提供了一种提高步进电机启动时电流上升特性的装置，其包 括：

脉冲与高电平触发装置，开关单元，触发脉冲稳定装置，短时间脉 冲提供装置，步进电机，低电压源，高电压源，第一晶体管，第二晶体 管，第一电阻、第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，可变电阻， 电容器，5V电压源；

其中所述高电压源的负极接地，其正极连接第一晶体管的发射极和 第二电阻的一端，该第二电阻的另一端连接第三电阻的一端和第一晶体 管的基极，该第一晶体管的集电极连接步进电机的第一输入端，该第三 电阻的另一端连接第二晶体管的集电极，该第二晶体管的发射极接地， 该第二晶体管的基极连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，该第五电 阻的另一端接地，该第四电阻的另一端连接至短时间脉冲提供装置的输 出端，所述可变电阻的一端和滑动触头一起连接5V电压源，其另一端连 接第一电阻的一端，该第一电阻的另一端分别连接电容器的一端和短时 间脉冲提供装置的第一输入端，该电容器的另一端接地，所述脉冲与高 电平触发装置的第一输出端连接所述接触发脉冲稳定装置的一个输入 端，所述脉冲与高电平触发装置的第二输出端连接所述开关单元的一个 输入端，该开关单元的输出端连接步进电机的第二输入端，所述接触发 脉冲稳定装置的输出端连接所述短时间脉冲提供装置的第二输入端，低 电压源的正极连接步进电机的第三输入端以给步进电机供电，负极接地。

优选的，第一晶体管是PNP晶体管，第二晶体管是NPN晶体管。

优选的，低电压源为8V，高电压源为24V，第一电阻的阻值为150 欧姆，第二电阻的阻值为470欧姆，第三电阻的阻值为1000欧姆，第四 电阻的阻值为1000欧姆，第五电阻的阻值为4700欧姆，电容器C的电 容值为10ｕF，可变电阻器RT的阻值范围为0-100欧姆。

本发明采用电压切换方法来驱动步进电机，能够快速启动步进电机， 可以改善步进电机的响应特性曲线，改善步进电机启动时的电流上升特 性，使驱动电流更加接近矩形。

附图说明

图1是本发明的提高步进电机启动时电流上升特性的装置的电路示 意图。

图2是本发明的提高步进电机启动时电流上升的曲线图。

具体实施方式

图1是本发明的提高步进电机启动时电流上升特性的装置的电路示 意图，如图所示，本发明的一种提高步进电机启动时电流上升特性的装 置，其包括脉冲与高电平触发装置1，开关单元2，触发脉冲稳定装置3， 短时间脉冲提供装置4，步进电机5，低电压源Ea，高电压源Hv，第一 晶体管VT1，第二晶体管VT2，第一电阻R1、第二电阻R2，第三电阻R3， 第四电阻R4，第五电阻R5，可变电阻RT，电容器C，5V电压源。

其中，所述高电压源Hv的负极接地，其正极连接第一晶体管VT1的 发射极和第二电阻R2的一端，该第二电阻R2的另一端连接第三电阻R3 的一端和第一晶体管VT1的基极，该第一晶体管VT1的集电极连接步进 电机的第一输入端，该第三电阻R3的另一端连接第二晶体管VT2的集电 极，该第二晶体管VT2的发射极接地，该第二晶体管VT2的基极连接第 四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端，该第五电阻R5的另一端接地， 该第四电阻R4的另一端连接至短时间脉冲提供装置4的输出端，第一电 阻R1、电容器C和可变电阻RT组成了定时电路，在该定时电路中，所述 可变电阻RT的一端和滑动触头一起连接5V电压源，其另一端连接第一 电阻R1的一端，该第一电阻R1的另一端分别连接电容器C的一端和短 时间脉冲提供装置4的第一输入端，该电容器C的另一端接地。进一步， 所述脉冲与高电平触发装置1的第一输出端连接所述接触发脉冲稳定装 置3的一个输入端，所述脉冲与高电平触发装置1的第二输出端连接所 述开关单元2的一个输入端，该开关单元2的输出端连接步进电机5的 第二输入端，所述接触发脉冲稳定装置3的输出端连接所述短时间脉冲 提供装置4的第二输入端，低电压源Ea的正极连接步进电机5的第三输 入端以给步进电机供电，负极接地。

在本发明提供的装置中，脉冲与高电平触发装置1、开关单元2、触 发脉冲稳定装置3、短时间脉冲提供装置4都可以采用本领域公知的装置， 这里不再对其的内部结构做具体的描述。低电压源Ea提供的电压为步进 电机的额定电压值，高电压源Hv提供的电压为高于所述额定电压值的电 压。在这里低电压源Ea为8V，高电压源Hv为24V。

在本发明的提高步进电机启动时电流上升特性的装置中，第一晶体 管VT1是PNP晶体管，第二晶体管VT2是NPN晶体管。

下面的内容将具体描述一下本发明提供的提高步进电机启动时电流 上升特性的装置的工作过程。

开始工作时，正脉冲信号和负脉冲信号分别输入给脉冲与高电平触 发装置1，该脉冲与高电平触发装置1输出脉冲信号给触发脉冲稳定装置 3，并且输出高电平给开关单元2，以使其导通。所述脉冲信号通过触发 脉冲稳定装置3后，输出一个稳定的触发脉冲给所述短时间脉冲提供装 置4，该短时间脉冲提供装置4输出一个短时脉冲，该短时脉冲为0.25 秒，由所述定时电路控制短时脉冲的输出时间。当短时间脉冲提供装置4 输出短时脉冲并经由第四电阻R4到第二晶体管VT2的基极时，该第二晶 体管VT2导通，继而第一晶体管VT1也导通。此时，第一晶体管VT1、第 二晶体管VT2和开关单元2都处于导通状态，高电压源Hv的输出电压就 加在步进电机上，同时低电压源Ea的输出电压也加在步进电机上。这样， 步进电机启动时的电流上升就很快，见图2。通过设置定时电路来控制短 时间脉冲提供装置4的输出时间，使得当该电流上升到驱动步进电机的 额定电流值时，第一晶体管VT1和第二晶体管VT2刚好截止，即短时间 脉冲提供装置4输出的短时脉冲信号使得第二晶体管VT2的发射结电压 小于开启电压，集电极电压反向偏置，从而使得该第二晶体管VT2截止， 继而导致第一晶体管VT1截止。在第一晶体管VT1和第二晶体管VT2都 截止时，只有低电压源Ea的输出电压加在步进电机上，以便让步进电机 持续工作。

本发明所提供的提高步进电机启动时电流上升特性的装置，其通过 控制第一晶体管VT1和第二晶体管VT2的导通和截止，来控制电压的输 出方式。即，当第一晶体管VT1和第二晶体管VT2导通时，由高电压源 Hv和低电压源Ea同时给步进电机供电，以便使得步进电机能够快速启动； 当第一晶体管VT1和第二晶体管VT2截止时，由低电压源Ea给步进电机 供电，以便让步进电机持续工作，重复上述工作就可以获得平稳的运行 特性。

本发明所采用的各自元器件的参数值可以根据具体的应用来确定， 这里举例说明一组在实践中使用的元器件的参数值，第一电阻R1的阻 150欧姆，第二电阻R2的阻值为470欧姆，第三电阻R3的阻值为1000 欧姆，第四电阻R4的阻值为1000欧姆，第五电阻R5的阻值为4700欧 姆，电容器C的电容值为10ｕF，可变电阻器RT的阻值范围为0-100欧 姆。

本发明在步进电机启动时同时使用高电压源和低电压源，可以使得 步进电机启动时的电流快速上升，等到该电流上升到步进电机的额定电 流值时，通过切换电压供电，由低电压源Ea给步进电机供电，以便让步 进电机持续工作。本发明采用电压切换方法可以改善步进电机的响应特 性曲线，改善步进电机启动时的电流上升特性。

由图2可知步进电机的电流的波形非常接近矩形，这样的电流特性 曲线达到了本发明的设计要求。

本领域技术人员将理解本发明可以以本文中所述的那些以外的、没 有偏离本发明的精神和本质特性的特定形式来执行。因此，所有方面的 上述实施方式应当被解释为例示的而不是限制性的。本发明的范围应当 由所附权利要求书和它们的法律等同物来确定，而不是由上述描述来确 定，并且所有落入所附权利要求书的含义和等同范围之内的改变都将包 括进来。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求书中没有 显示地互相引用的权利要求可以组合起来，作为本发明的示例性实施方 式，或者被包括而在提交本申请之后通过之后的修改而成为新权利要求。

本发明的方式

以用于执行本发明的最佳方式已经描述了各种实施方式。

工业应用性

如根据上述描述所显而易见的，对于本领域技术人员来说显而易见 的是，可以对本发明做出各种修改和变型，而不偏离本发明的精神或范 围。因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求书和它们的等同物的范围 之内的修改例和变型。