一种步进电机驱动电路的制作方法

本实用新型涉及步进电机技术领域，更具体地说，它涉及一种步进电机驱动电路。

背景技术：

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，步进电机具有多个电极，一个电极对应一个相序，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。

步进电机的驱动器能够为步进电机供电并提供控制时序，步进电机在动作后会对供电电源以及驱动器的电压产生较大的影响，但是现有的驱动器中没有对供电电源以及驱动器的电压状况进行检测的部件，因此无法检测到供电电源以及驱动器中电压的变化情况。

技术实现要素：

针对现有的技术问题，本实用新型提供一种步进电机驱动电路，其具有能检测步进电机的供电电源以及驱动器中电压状况的优点。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种步进电机驱动电路，包括直流电源电路、控制中心电路、电压检测电路以及驱动执行电路；

直流电源电路的输入端电连接有电机直流电源，直流电源电路具有多组电压不同的直流电压输出端，其中一个直流电压输出端上电连接有降压芯片，降压芯片具有直流芯片输出端，直流电源电路中的所有负极均电连接；

控制中心电路包括具有多个电源引脚、多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片，电源引脚与直流芯片输出端电连接，输入引脚与电压检测电路电连接，控制引脚与驱动执行电路电连接；

电压检测电路包括依次电连接的电源测量组件、驱动测量组件，电源测量组件用于采集电机直流电源的正极的电源电压信号，并将电源电压信号发送给控制中心电路，驱动测量组件与驱动执行电路电连接，用于采集驱动执行电路中的驱动电压信号，并将驱动电压信号发送给控制中心电路；

驱动执行电路包括依次电连接的驱动输入组件以及电机驱动组件，驱动输入组件与控制中心电路的多个控制引脚电连接，电机驱动组件与电机电连接。

通过上述技术方案，直流电源电路提供使电路正常工作的工作电源，多组电压不同的直流电压输出端能够满足电路中工作电压不同的芯片，控制中心电路通过控制引脚向驱动执行电路发送控制步进电机的信号，控制中心电路的输入引脚接收电压检测电路中的电源电压信号与驱动电压信号结果信号，能够检测供电电源的电压状况，以及驱动执行电路中的驱动电压信号，驱动电压信号能代表步进电机受控制而执行的情况，使用电源电压信号与驱动电压使步进电机驱动电路具有负反馈的功能，让其将步进电机控制得更加精准与稳定。

进一步的，电源测量组件包括电阻R62、电阻R57、运算放大器U6B以及电阻R99，电机直流电源的正极通过电阻R62与运算放大器U6B的正相电连接，运算放大器U6B的正相还通过电阻R57与电机直流电源的负极电连接，运算放大器U6B的负相与其输出端的电连接，运算放大器U6B的输出端通过电阻R99与一个输入引脚电连接。

通过上述技术方案，运算放大器U6B采集电阻R62与电阻R57分压后的电压值采集得到电源电压信号，并将电源电压信号发送给控制芯片，运算放大器U6B能够隔断电机直流电机分压后与控制芯片之间的电流输送，让控制芯片接收电源电压信号的同时还具有安全性。

进一步的，驱动输入组件包括电阻R40、电阻R41、电阻R42、电容C8以及具有十四个引脚的IR21094S半桥驱动芯片，IR21094S半桥驱动芯片的引脚一与直流电压输出端的正极电连接，引脚二通过电阻R40与一个控制引脚电连接，引脚三通过电阻R41与一个控制引脚电连接，引脚四通过电阻R42与直流电压输出端的负极电连接，引脚五以及引脚六均与直流电压输出端的负极电连接，引脚八、引脚九、引脚十以及引脚十四为空，引脚十一通过电容C8与直流电压输出端的正极电连接，引脚十三与直流电压输出端的正极电连接；

电机驱动组件包括晶体管VT7与晶体管VT8，晶体管VT7的栅极与源极之间电连接有电容C7，晶体管VT7的栅极通过电阻R27与IR21094S半桥驱动芯片的引脚十二电连接，引脚十二通过电阻R28电连接有二极管D15的负极，二极管D15的正极通过电阻R9与晶体管VT7的源极电连接，二极管D15的正极还与晶体管VT7的栅极电连接；

晶体管VT7的漏极与电机直流电源的正极电连接，并通过依次串联的电阻R10、电容C122与IR21094S半桥驱动芯片的引脚十一电连接，引脚十一与电机的一个电极电连接，引脚十一与晶体管VT8的漏极电连接，晶体管VT8的栅极通过电阻R29与IR21094S半桥驱动芯片的引脚七电连接，还电连接有二极管D16的正极，二极管D16的正极通过电阻R11与电机直流电源的负极电连接，电阻R11的两端并联有电容C9，二极管D16的负极通过电阻R30与IR21094S半桥驱动芯片的引脚七电连接；

晶体管VT8的源极通过电阻R17与电机直流电源的负极电连接，电阻R17的两端并联有电容C14，晶体管VT8的源极通过依次连接的电容C123、电阻R12与IR21094S半桥驱动芯片的引脚十一电连接。

通过上述技术方案，控制芯片的控制引脚通过半桥驱动组件来控制电机驱动组件，从而让电机转动，采用非集成的电机驱动组件有利于对电机驱动组件内驱动电压信号的采集工作。

进一步的，驱动测量组件包括运算放大器U14A，运算放大器U14A的正相通过电阻R166与直流芯片输出端的正极电连接，还通过电阻R159与直流芯片输出端的负极电连接，运算放大器U14A的负相通过电阻R162与晶体管VT8的源极电连接，运算放大器U14A的负相与输出端之间电连接有电阻R165，运算放大器U14A的输出端通过电阻R157与一个输入引脚电连接。

通过上述技术方案，晶体管VT8的源极作为驱动电压信号的输出端，可以反映电机的导通、关断或者转动的工作状态，驱动电压信号经过运算放大器U14A的放大后能够被控制芯片的输入引脚识别，让控制芯片能闭环地控制电机。

进一步的，还设置有报警电路，报警电路包括电阻R57、三极管Q2、电阻R48、具有四个引脚的光耦P7、三极管Q1、电阻R38以及半导体二极管D1；

电阻R57的一端与一个控制引脚电连接，其另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q2的集电极通过电阻R48与光耦P7的引脚一电连接，光耦P7的引脚二与直流芯片输出端的负极电连接；

光耦P7的引脚三通过电阻R38与半导体二极管D1的正极电连接，引脚三还与三极管Q1的基极电连接，引脚四与三极管Q1的集电极以及半导体二极管D1的负极均电连接，三极管Q1的发射极与半导体二极管D1的正极电连接，三极管Q1的正极与负极输出报警差分信号。

通过上述技术方案，当控制芯片与电阻R57电连接的一个控制引脚输出低电平信号时，三极管Q2导通，光耦P7的引脚一与引脚二之间导通，引脚三与引脚四之间也导通，使得半导体二极管D1的正极与负极之间实现电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间变得没有压差；当控制芯片与电阻R57电连接的一个控制引脚输出高电平信号时，三极管Q2断开，光耦P7的引脚一与引脚二之间断开，引脚三与引脚四之间也断开，使得半导体二极管D1的正极与负极之间没有电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间具有正常的压差；让外界能识别差分信号的设备识别出差分信号的变化，实现报警的目的。

进一步的，控制中心电路还电连接有控制存储组件，所述控制存储组件包括：与控制芯片通过IIC总线电连接的存储芯片，存储芯片具有八个引脚，引脚一、引脚二、引脚三、引脚四以及引脚七均与直流芯片输出端的负极电连接，引脚五与一个控制引脚电连接，引脚六与另一个控制引脚电连接，引脚八与直流芯片输出端的正极电连接；

引脚五通过电阻R30与直流芯片输出端的正极电连接，引脚六通过电阻R21与直流芯片输出端的正极电连接。

通过上述技术方案，控制芯片通过IIC总线与存储芯片进行通信，从而在存储芯片内读取或者存储数据。

进一步的，直流芯片输出端的正极与负极之间电连接有多个滤波电容。

通过上述技术方案，滤板电容能够提高直流芯片输出端的电压拨动幅度，还能滤去电压波形上的尖峰毛刺，提高工作电源的质量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：直流电源电路提供使电路正常工作的工作电源，多组电压不同的直流电压输出端能够满足电路中工作电压不同的芯片，控制中心电路通过控制引脚向驱动执行电路发送控制步进电机的信号；运算放大器U6B采集电阻R62与电阻R57分压后的电压值采集得到电源电压信号，并将电源电压信号发送给控制芯片，运算放大器能够隔断电机直流电机分压后与控制芯片之间的电流输送，让控制芯片接收电源电压信号的同时还具有安全性；晶体管VT8的源极作为驱动电压信号的输出端，可以反映电机的导通、关断或者转动的工作状态，驱动电压信号经过运算放大器U14A的放大后能够被控制芯片的输入引脚识别，让控制芯片能闭环地控制电机；控制中心电路的输入引脚够接收电压检测电路中的电源电压信号与驱动电压信号结果信号，能够检测供电电源的电压状况，以及驱动执行电路中的驱动电压信号，驱动电压信号能代表步进电机受控制而执行的情况，使用电源电压信号与驱动电压使步进电机驱动电路具有负反馈的功能，让其将步进电机控制得更加精准与稳定。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电路框图；

图2为本实用新型实施例电机直流电源与控制存储组件的电路原理图；

图3为本实用新型实施例直流电压输出端与降压芯片的电路原理图；

图4为本实用新型实施例控制芯片的电路原理图；

图5为本实用新型实施例电压检测电路的电路原理图；

图6为本实用新型实施例驱动输入组件与电机驱动组件的电路原理图；

图7为本实用新型实施例报警电路的电路原理图。

附图标记：100、直流电源电路；110、电机直流电源；120、直流电压输出端；130、降压芯片；200、控制中心电路；210、控制芯片；220、控制存储组件；300、电压检测电路；310、电源测量组件；320、驱动测量组件；400、驱动执行电路；410、驱动输入组件；420、电机驱动组件；500、报警电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

实施例

一种步进电机驱动电路，如图1所示，包括直流电源电路100、控制中心电路200、驱动执行电路400、电压检测电路300以及报警电路500。

如图2与图3所示，直流电源电路100采用由UC3848B芯片及外围电路组成的直流开关电源电路，使用UC3848B芯片组成的开关电源芯片为现有技术中常用的开关电源电路。直流电源电路100的输入端电连接有由整流桥芯片GBJ1510将交流电整流成直流而成的电机直流电源110，直流开关电源电路的正极为DC+，负极为0V。直流电源电路100具有多组电压不同的直流电压输出端120，开关电源电路输出有多路电源，部分路线为7.5V电源，部分路线为8V电源，部分路线为15V电源。其中7.5V的直流电压输出端120上电连接有降压芯片130，降压芯片130采用具有三个引脚的1117M3-5.0芯片，其一个引脚与7.5V电源电连接，一个引脚与0V电连接，另一个引脚为5V的电压。其中5V的电压输出端上电连接有降压芯片130，降压芯片130采用具有三个引脚的1117M3-3.3芯片，其一个引脚与5V电源电连接，一个引脚与0V电连接，另一个引脚为3.3V的直流芯片输出端，直流电源电路100中的所有负极均电连接；直流芯片输出端的正极与负极之间电连接有多个滤波电容。滤板电容能够提高直流芯片输出端的电压拨动幅度，还能滤去电压波形上的尖峰毛刺，提高工作电源的质量。

如图4所示，控制中心电路200包括具有多个电源引脚、多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片210。控制芯片210可采用MCU或者DSP，本实施例中采用型号为TMS320F28034PNT的DSP及外围电路作为控制芯片210。电源引脚与3.3V的直流芯片输出端电连接，一个输入引脚与电压检测电路300电连接，用于接收电压检测电路300发送过来的信号，控制引脚与驱动执行电路400电连接，用于向驱动执行电路400发送控制信号让步进电机转动。

如图2所示，控制中心电路200中控制芯片210的还通过IIC总线电连接有控制存储组件220，控制存储组件220包括与控制芯片210通过IIC总线电连接的存储芯片，存储芯片采用具有八个引脚的24C02。24C02为串行E2PROM，是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。存储芯片的引脚一、引脚二、引脚三、引脚四以及引脚七均与直流芯片输出端的负极电连接，引脚五与一个控制引脚电连接，引脚六与另一个控制引脚电连接，引脚八与直流芯片输出端的正极电连接。引脚五通过电阻R30与直流芯片输出端的正极电连接，引脚六通过电阻R21与直流芯片输出端的正极电连接。控制芯片210通过IIC总线与存储芯片进行通信，从而在存储芯片内读取或者存储数据。电阻R21与电阻R30为IIC总线的上拉电阻，他们能够使IIC总线上的数据更稳定。

如图6所示，驱动输入组件410包括电阻R40、电阻R41、电阻R42、电容C8以及具有十四个引脚的IR21094S半桥驱动芯片，IR21094S半桥驱动芯片的引脚一与直流电压输出端120的正极电连接，引脚二通过电阻R40与一个控制引脚电连接，引脚三通过电阻R41与一个控制引脚电连接，引脚四通过电阻R42与直流电压输出端120的负极电连接，引脚五以及引脚六均与直流电压输出端120的负极电连接，引脚八、引脚九、引脚十以及引脚十四为空，引脚十一通过电容C8与直流电压输出端120的正极电连接，引脚十三与直流电压输出端120的正极电连接；

电机驱动组件420包括均采用IKW20N60芯片的晶体管VT7与晶体管VT8，晶体管VT7的栅极与源极之间电连接有电容C7，晶体管VT7的栅极通过电阻R27与IR21094S半桥驱动芯片的引脚十二电连接，引脚十二通过电阻R28电连接有二极管D15的负极，二极管D15的正极通过电阻R9与晶体管VT7的源极电连接，二极管D15的正极还与晶体管VT7的栅极电连接。

晶体管VT7的漏极与电机直流电源110的正极电连接，并通过依次串联的电阻R10、电容C122与IR21094S半桥驱动芯片的引脚十一电连接，引脚十一与电机的一个电极电连接，引脚十一与晶体管VT8的漏极电连接，晶体管VT8的栅极通过电阻R29与IR21094S半桥驱动芯片的引脚七电连接，还电连接有二极管D16的正极，二极管D16的正极通过电阻R11与电机直流电源110的负极电连接，电阻R11的两端并联有电容C9，二极管D16的负极通过电阻R30与IR21094S半桥驱动芯片的引脚七电连接。二极管D15与二极管D16均采用BAT54C芯片

晶体管VT8的源极通过电阻R17与电机直流电源110的负极电连接，电阻R17的两端并联有电容C14，晶体管VT8的源极通过依次连接的电容C123、电阻R12与IR21094S半桥驱动芯片的引脚十一电连接。

如图5所示，电压检测电路300包括依次电连接的电源测量组件310、驱动测量组件320。

电源测量组件310用于采集电机直流电源110的正极的电源电压信号，并将电源电压信号发送给控制中心电路200，电源测量组件310包括电阻R62、电阻R57、运算放大器U6B以及电阻R99，电机直流电源110的正极通过电阻R62与运算放大器U6B的正相电连接，运算放大器U6B的正相还通过电阻R57与电机直流电源110的负极电连接，运算放大器U6B的负相与其输出端的电连接，运算放大器U6B的输出端通过电阻R99与一个输入引脚电连接。

驱动测量组件320与驱动执行电路400电连接，用于采集驱动执行电路400中的驱动电压信号，并将驱动电压信号发送给控制中心电路200。驱动测量组件320包括运算放大器U14A，运算放大器U14A的正相通过电阻R166与直流芯片输出端的正极电连接，还通过电阻R159与直流芯片输出端的负极电连接，运算放大器U14A的负相通过电阻R162与晶体管VT8的源极电连接，运算放大器U14A的负相与输出端之间电连接有电阻R165，运算放大器U14A的输出端通过电阻R157与一个输入引脚电连接。运算放大器U6B与运算放大器U14A均采用MCP6002芯片。

如图7所示，报警电路500包括电阻R57、三极管Q2、电阻R48、具有四个引脚的光耦P7、三极管Q1、电阻R38以及半导体二极管D1。半导体二极管D1采用BAT54C芯片。光耦P7采用具有四个引脚的EL357(B)。

电阻R57的一端与一个控制引脚电连接，其另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q2的集电极通过电阻R48与光耦P7的引脚一电连接，光耦P7的引脚二与直流芯片输出端的负极电连接。

光耦P7的引脚三通过电阻R38与半导体二极管D1的正极电连接，引脚三还与三极管Q1的基极电连接，引脚四与三极管Q1的集电极以及半导体二极管D1的负极均电连接，三极管Q1的发射极与半导体二极管D1的正极电连接，三极管Q1的正极与负极输出报警差分信号。

当控制芯片210与电阻R57电连接的一个控制引脚输出低电平信号时，三极管Q2导通，光耦P7的引脚一与引脚二之间导通，引脚三与引脚四之间也导通，使得半导体二极管D1的正极与负极之间实现电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间变得没有压差。当控制芯片210与电阻R57电连接的一个控制引脚输出高电平信号时，三极管Q2断开，光耦P7的引脚一与引脚二之间断开，引脚三与引脚四之间也断开，使得半导体二极管D1的正极与负极之间没有电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间具有正常的压差；让外界能识别差分信号的设备识别出差分信号的变化，实现报警的目的。

步进电机驱动电路的工作过程为：直流电源电路100提供多组高质量的工作电源，如3.3V、5V、7.5V、15V的工作电源，这些工作电源能够满足电路中工作电压不同的芯片。控制中心电路200通过控制引脚向驱动执行电路400发送控制电机的信号，运算放大器U6B采集电阻R62与电阻R57分压后的电压值采集得到电源电压信号，并将电源电压信号发送给控制芯片210，运算放大器U6B能够隔断电机直流电机分压后与控制芯片210之间的电流输送，让控制芯片210接收电源电压信号的同时还具有安全性；晶体管VT8的源极作为驱动电压信号的输出端，可以反映电机的导通、关断或者转动的工作状态，驱动电压信号经过运算放大器U14A的放大后能够被控制芯片210的输入引脚识别，让控制芯片210能闭环地控制电机。控制中心电路200的输入引脚够接收电压检测电路300的结果信号，能够检测步进电机的供电电源中电流状况，方便控制芯片210对供电电源的电流进行监控。使用集成的驱动输入组件410以及电机驱动组件420作为驱动执行电路400，能降低电路板上元器件的数量以及电路板的体积。DSP还能通过控制引脚发出报警信号，让报警电路500提示员工发生电路发生异常状态。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。