两相四线混合式步进电机用双H桥驱动电路之Multisim仿真及优化 |
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1. 仿真图
首先给出两相四线混合式步进电机的整步驱动顺序图。 在驱动电路中,一个H桥驱动一相电压。因此,第一节中驱动电路的左右两个H桥的脉冲电压源的相位应该相差90°。 以驱动电路中的其中一个H桥举例。 V6: V1: V3: V8: V4: 当脉冲源V5、V2为高电平时,Q5导通,Q6导通,导致Q4的栅极直接接地,Q4关断;与此同时,脉冲源V6、V1为低电平,Q2关断,Q3关断,Q1栅极的电压由电荷泵抬升至接近48V,Q1导通。 注:电荷泵原理见H桥电机驱动电路用电荷泵电路。 此时H桥的状态为:Q4关断,Q5导通,Q1导通,Q4关断。因此这一相线圈等效模型(由等效电阻和等效电感组成)的电流流向为:由L1流向R3。 类似的,当脉冲源V5、V2为高电平,脉冲源V6、V1为低电平时,电流流向为:由R3流向L1。
参考2.1小节的两相电机整步驱动图,定义仿真电路中的引线端编号如下图所示。 开始仿真,可以观察到示波器中的波形如下图所示。
在上桥臂MOS管的栅源极放置一个示波器测量电压,可以发现VGS的最大值达到了24.735V,最小值达到了-24.632V。 然而一般MOS管VGS的耐压值为±20V,因此此驱动电路无法正常工作。 4.2 分析问题原因 4.2.1 VGS过高的原因考虑到上桥臂MOS管的栅极电压是由电荷泵电路提供的,因此问题定位在电荷泵的输出电压上。利用示波器测量电荷泵的输出电压,发现电荷泵输出电压达到了48V,因此当Q4导通时,其VGS超过24V。 VGS的最低电压超过-24V的原因还未找到。猜测可能是仿真软件的原因。 4.3 解决问题在电荷泵电路输出部分,增加电阻R11和稳压管D17组成稳压电路,将电荷泵电路输出电压稳定在33V附近,最终VGS的最高电压为9V左右。 为了解决VGS的最低电压过低的问题,在上桥臂MOS管的栅极增加了一个接地二极管,尝试将其栅极电位钳制在二极管导通电压附近。结果并不理想。 附:R11的计算方法:Q4栅极导通时,R6支路电流为5.6mA,为使稳压二极管工作在稳压状态,稳压二极管的支路电流假设为8mA,因此R11的阻值应为(48-33)/(0.0056+0.008) 约等于1.1k。 参考:https://blog.csdn.net/mahoon411/article/details/108950926 最终优化完成的电路图如下图所示。 此驱动电路的原始文件可通过下面链接下载: 步进电机双H桥驱动电路仿真.zip |
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