專(zhuān)利名稱：有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的屬于機(jī)電控制電子產(chǎn)品中的脈沖驅(qū)動(dòng)電路，主要應(yīng)用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動(dòng)。
在對(duì)步進(jìn)電機(jī)等感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動(dòng)中，主要技術(shù)關(guān)鍵是如何克服電感負(fù)載對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)電流前后沿的影響，改善矩頻特性，提高工作頻率。通常的辦法是提高驅(qū)動(dòng)電壓，因此有單低驅(qū)動(dòng)、單高壓驅(qū)動(dòng)和高低壓驅(qū)動(dòng)等各種驅(qū)動(dòng)電源，如專(zhuān)利號(hào)86202716和專(zhuān)利號(hào)91206837提出的驅(qū)動(dòng)電源。這些電源，因?yàn)殡妷旱奶岣撸娫摧斎牍β始哟?，使功耗大、電路?fù)雜、成本高體積大，限制了步進(jìn)電機(jī)的推廣和使用范圍。為了克服這些缺點(diǎn)，又產(chǎn)生新的驅(qū)動(dòng)電源，如專(zhuān)利號(hào)91206837的《單電壓斬波型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源》和專(zhuān)利號(hào)88105389的《高效步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源》它們是采取在驅(qū)動(dòng)脈沖前沿電流上升以后，頻繁關(guān)斷高壓電路的方法得到降低驅(qū)動(dòng)電壓的效果，從而省去了限流電阻，減少電阻的功耗，但是這種電源仍然要高壓驅(qū)動(dòng)，只是以高壓電源供電代替了低壓供電，而且這種高壓狀態(tài)下頻繁開(kāi)關(guān)的方法，對(duì)電路器件要求高。因此又增加了高壓驅(qū)動(dòng)控制的難度。專(zhuān)利號(hào)87104760的《節(jié)能式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源》用±7伏電源供電，功耗低、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單可靠，但它只能工作在低頻狀態(tài)，失掉了高頻工作功能，而且兩個(gè)7伏電源比一個(gè)14伏電源的成本要高。本發(fā)明提出的一個(gè)新的設(shè)計(jì)思想，即如何實(shí)現(xiàn)以低壓小功率供電，達(dá)到高壓供電的效果;如何在減少熱功耗的同時(shí)進(jìn)一步回收能量。實(shí)現(xiàn)既提高高頻工作特性，又降低功耗、減少體積，因此本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動(dòng)電路有獨(dú)特的新穎性和明顯全面地改進(jìn)，其特征在于在以電感為負(fù)載的脈沖驅(qū)動(dòng)電路中，采用若干組由二極管和電阻、電容所組成的積分電路，跨接在開(kāi)關(guān)電路的兩端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流關(guān)斷時(shí)，該電路成為低阻抗的續(xù)流電路，而且利用二極管的單向?qū)щ娦?，將電感?fù)載的磁場(chǎng)能產(chǎn)生的感生電能存貯在電容中，形成電路中的動(dòng)態(tài)電源。由于利用了電路的自感，把這些電源的電壓提升到遠(yuǎn)高于供電電源電壓，通過(guò)調(diào)整RC的時(shí)間常數(shù)和積分電路的級(jí)數(shù)，使這些電源在一定的工作頻率下達(dá)到電路對(duì)電壓和容量的要求，應(yīng)用到脈沖驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程中。從而實(shí)現(xiàn)了以單電源供電具有多電源供電的效果;用低壓供電有高低壓供電的效果;以小功率供電有較大功率供電的效果。而且還使電路更加簡(jiǎn)單。因此能明顯的節(jié)約電能，提高技術(shù)性能，降低成本，縮小體積。
本發(fā)明提出在脈沖驅(qū)動(dòng)電源中的能量回收和動(dòng)態(tài)供電的基本特征是將電容5與二極管4串聯(lián)后接在低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間;將電容7與穩(wěn)壓管6和二極管4串聯(lián)后接在低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間;將電容9與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)后接到低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間;電阻10與二極管11的并聯(lián)電路，在與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)以后接到電源1的正極與電機(jī)繞阻2形成閉合環(huán)路，構(gòu)成了對(duì)繞組磁場(chǎng)的感生電流的低阻抗、大容量的積分延時(shí)電路，電容器5、電容器7和電容器9就成為在驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)態(tài)過(guò)程中給電路提供各種電壓和電流的電源(以下簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)電源)如附圖
所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管3關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，電路將電感中磁場(chǎng)能產(chǎn)生的感生電能吸收到電容5、7、9之中。通過(guò)穩(wěn)壓管6、電阻8的作用和容量的調(diào)整，使電容5、7、9成為我們所希望的具有不同的容量和電壓的動(dòng)態(tài)電源。二極管11將電容9上的電壓箝位于電源電壓之上，在工作頻率升高時(shí)，將動(dòng)態(tài)電源多余的電能返回驅(qū)動(dòng)電路中;電阻14具有能量平衡作用，當(dāng)脈沖頻率低和靜態(tài)時(shí)，為動(dòng)態(tài)電源提供啟動(dòng)電能。
本發(fā)明提出用動(dòng)態(tài)電源取代常規(guī)電源的供電方法，是可以從上述電容5或7、9的正極與地之間直接接出，也可以加濾波電路后接出;還可以通過(guò)穩(wěn)壓為電路提供穩(wěn)壓直流電。這種電源直接利用回收的電能，減少了整機(jī)輸入功率，也無(wú)需整流電路，又因脈沖電流的頻率比市電高，所以漏波電容也大大減小。簡(jiǎn)化了電路，縮小了體積。
本發(fā)明提出的提高脈沖前沿驅(qū)動(dòng)電壓的電路。其特征在于將二極管19的正極接到電機(jī)繞組2，負(fù)極接到低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極，從開(kāi)關(guān)管3的集電極接電容20的正極，電容20的負(fù)極接二極管21的正極，二極管21的負(fù)極接OV線，從電容20與二極管21的中間連接點(diǎn)接電子開(kāi)關(guān)電路22到二極管19的正極，從開(kāi)關(guān)電路22的控制極接電路18，使開(kāi)關(guān)電路22在驅(qū)動(dòng)脈沖的前沿導(dǎo)通。這樣，就在驅(qū)動(dòng)脈沖的前沿將電容20串入了驅(qū)動(dòng)電路，使驅(qū)動(dòng)脈沖前沿的電壓提高，得到高壓驅(qū)動(dòng)的效果。
本發(fā)明提出的提高脈沖前沿驅(qū)動(dòng)電壓的另一特征是從低壓開(kāi)關(guān)管的集電極接到二極管23的正極，二極管23的負(fù)極接電容24的正極，電容24負(fù)極接OV，從二極管23與電容24之間接電子開(kāi)關(guān)25到電機(jī)繞組2的始端，從電機(jī)繞組2的始端接二極管26的負(fù)極，二極管26的正極接電源1的正極。這樣當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖前沿到來(lái)時(shí)，開(kāi)關(guān)電路25被觸發(fā)導(dǎo)通，將電容24與電源并聯(lián)，因電容24上的電壓比電源1高，所以達(dá)到了提高前沿驅(qū)動(dòng)電壓的目的。
本發(fā)明提出的用動(dòng)態(tài)電源直接推動(dòng)和控制高壓開(kāi)關(guān)電路其特征在于將二極管27的正極接低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極，二極管27的負(fù)極與電容28串聯(lián)后接OV;從電容28與二極管27之間接電路29到高開(kāi)關(guān)管31的基極，高壓開(kāi)關(guān)管31的發(fā)射極接低壓開(kāi)關(guān)管的集電極。這樣，當(dāng)?shù)蛪洪_(kāi)關(guān)管3關(guān)斷時(shí)，電機(jī)的磁場(chǎng)能給電容28充電，當(dāng)后一脈沖前沿到來(lái)時(shí)，低壓開(kāi)關(guān)管3開(kāi)通，使電容器28經(jīng)電路29、.高壓開(kāi)關(guān)管31的發(fā)射結(jié)和低壓開(kāi)關(guān)管3放電，形成了高壓開(kāi)關(guān)管31的基極推動(dòng)電流，從而使高壓開(kāi)關(guān)管31同時(shí)開(kāi)通，將高壓串入驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)脈沖前沿高低壓串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)前沿驅(qū)動(dòng)電流上升以后，因電容28放電和高壓開(kāi)關(guān)管31發(fā)射極電位的提高，高壓自動(dòng)關(guān)斷。本電路在低壓未關(guān)斷以前電容28不再充電，在低壓未開(kāi)通時(shí)高壓無(wú)法開(kāi)通，達(dá)到互鎖保護(hù)的作用，無(wú)需其他保護(hù)電路。
本發(fā)明提出的用動(dòng)態(tài)供電的方法來(lái)改進(jìn)一般的高低壓驅(qū)動(dòng)電路的方法也可以大大簡(jiǎn)化推動(dòng)、控制電路其特征在于二極管27、電容28的串聯(lián)電路并在低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間，從電容28與二極管27的中間接動(dòng)態(tài)電源輸出電路29與脈沖變壓器的初級(jí)串聯(lián)后接到低壓開(kāi)關(guān)管的集電極。這樣在低壓關(guān)斷時(shí)給電容28充電，在低壓開(kāi)通的前沿，電容28經(jīng)電路29、脈沖變壓器的初級(jí)和低壓開(kāi)關(guān)管3放電，形成推動(dòng)電流，并通過(guò)脈沖變壓器藉合觸發(fā)高壓開(kāi)關(guān)管31，實(shí)現(xiàn)推動(dòng)、控制高壓開(kāi)關(guān)電路的目的。
本發(fā)明為了解決脈沖驅(qū)動(dòng)技術(shù)中自動(dòng)升頻降頻電路復(fù)雜，體積大和變頻不平滑的問(wèn)題，也采用動(dòng)態(tài)電源的控制方法，其特征在于用電容器42與二極管43、44、45、46組成的整流喬串聯(lián)后，并接到脈沖電路中振蕩電容41的兩端，在整流喬的直流輸出端接電容47，將電阻48與可控電子開(kāi)關(guān)49串聯(lián)后與電容47并聯(lián)，作為控制電容47放電的電路。這樣在脈沖電路振蕩的過(guò)程中，如果電子開(kāi)關(guān)49開(kāi)路，電容器47不斷充電，兩極板間的電壓不斷升高，脈沖電路通過(guò)電容42給電容47的充電量不斷減少，就等效于電容47與42的串聯(lián)容量不斷變小，所以脈沖頻率不斷升高，直到電容47上的電壓等于脈沖的振幅時(shí)，脈沖電源的頻率穩(wěn)定下來(lái)，完成自動(dòng)升頻的過(guò)程。當(dāng)電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通給電容47放電時(shí)，則脈沖頻率又不斷降低。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)降頻，這樣，當(dāng)我們控制開(kāi)關(guān)電路49開(kāi)通使電容47放電，脈沖頻率自動(dòng)降低;控制開(kāi)關(guān)電路關(guān)斷時(shí)，使電容47停止放電，脈沖頻率自動(dòng)升高。這種自動(dòng)升降頻的脈沖源，電路簡(jiǎn)單，控制方便，升降頻平滑，正符合脈沖驅(qū)動(dòng)的要求。
因此本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動(dòng)電路，屬于機(jī)電控制領(lǐng)域，在應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)等感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動(dòng)電源中，由于它采取了回收電能和動(dòng)態(tài)供電方式，使耗散功率成為有用功率，節(jié)約了電能，減少了輸入功率;利用電路產(chǎn)生的高壓加到驅(qū)動(dòng)脈沖的前沿，實(shí)現(xiàn)了低壓供電具有高電壓驅(qū)動(dòng)的效果;采用了動(dòng)態(tài)電源推動(dòng)、控制開(kāi)關(guān)電路和脈沖電路，使電路簡(jiǎn)單可靠。因此采用本發(fā)明有更明顯的提高性能、降低功耗、減少成本、縮小體積的特點(diǎn)，有推廣應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.
權(quán)利要求
本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動(dòng)電路有獨(dú)特的新穎性和明顯全面地改進(jìn)，其特征在于在以電感為負(fù)載的脈沖驅(qū)動(dòng)電路中，采用若干組由二極管和電阻、電容所組成的積分電路，跨接在開(kāi)關(guān)電路的兩端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流關(guān)斷時(shí)，該電路成為低阻抗的續(xù)流電路，而且利用二極管的單向?qū)щ娦?，將電感?fù)載的磁場(chǎng)能產(chǎn)生的感生電能存貯在電容中，形成電路中的動(dòng)態(tài)電源。由于利用了電路的自感，把這些電源的電壓提升到遠(yuǎn)高于供電電源電壓，通過(guò)調(diào)整RC的時(shí)間常數(shù)和積分電路的級(jí)數(shù)，使這些電源在一定的工作頻率下達(dá)到電路對(duì)電壓和容量的要求，應(yīng)用到脈沖驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1.在脈沖驅(qū)動(dòng)電源中的能量回收和動(dòng)態(tài)供電的基本特征是將電容5與二極管4串聯(lián)后接在低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間;將電容7與穩(wěn)壓管6和二極管4串聯(lián)后接在低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間;將電容9與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)后接到低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間電阻10與二極管11的并聯(lián)電路，在與電阻8、穩(wěn)壓管6、二極管4串聯(lián)以后接到電源1的正極與電機(jī)繞阻2形成閉合環(huán)路，構(gòu)成了對(duì)繞組磁場(chǎng)的感生電流的低阻抗、大容量的積分延時(shí)電路.電容器5、電容器7和電容器9就成為在驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)態(tài)過(guò)程中給電路提供各種電壓和電流的電源(以下簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)電源)
3.根據(jù)權(quán)利要求1.用動(dòng)態(tài)電源取代常規(guī)電源的供電方法，是可以從上述電容5或7、9的正極與地之間直接接出，也可以加濾波電路后接出;還可以通過(guò)穩(wěn)壓為電路提供穩(wěn)壓直流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1.提高脈沖前沿驅(qū)動(dòng)電壓的電路。其特征在于將二極管19的正極接到電機(jī)繞組2，負(fù)極接到低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極，從開(kāi)關(guān)管3的集電極接電容20的正極，電容20的負(fù)極接二極管21的正極，二極管21的負(fù)極接OV線，從電容20與二極管21的中間連接點(diǎn)接電子開(kāi)關(guān)電路22到二極管19的正極，從開(kāi)關(guān)電路22的控制極接電路18，使開(kāi)關(guān)電路22在驅(qū)動(dòng)脈沖的前沿導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1.的提高脈沖前沿驅(qū)動(dòng)電壓的另一特征是從低壓開(kāi)關(guān)管的集電極接到二極管23的正極，二極管23的負(fù)極接電容24的正極，電容24負(fù)極接OV，從二極管23與電容24之間接電子開(kāi)關(guān)25到電機(jī)繞組2的始端，從電機(jī)繞組2的始端接二極管26的負(fù)極，二極管26的正極接電源1的正極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1.的用動(dòng)態(tài)電源直接推動(dòng)和控制高壓開(kāi)關(guān)電路其特征在于將二極管27的正極接低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極，二極管27的負(fù)極與電容28串聯(lián)后接OV;從電容28與二極管27之間接電路29到高開(kāi)關(guān)管31的基極，高壓開(kāi)關(guān)管31的發(fā)射極接低壓開(kāi)關(guān)管的集電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1.用動(dòng)態(tài)供電的方法來(lái)改進(jìn)一般的高低壓驅(qū)動(dòng)電路的方法也可以大大簡(jiǎn)化推動(dòng)、控制電路其特征在于二極管27、電容28的串聯(lián)電路并在低壓開(kāi)關(guān)管3的集電極與地之間，從電容28與二極管27的中間接動(dòng)態(tài)電源輸出電路29與脈沖變壓器的初級(jí)串聯(lián)后接到低壓開(kāi)關(guān)管的集電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1.解決脈沖驅(qū)動(dòng)技術(shù)中自動(dòng)升頻降頻電路復(fù)雜，體積大和變頻不平滑的問(wèn)題，也采用動(dòng)態(tài)電源的控制方法，其特征在于用電容器42與二極管43、44、45、46組成的整流喬串聯(lián)后，并接到脈沖電路中振蕩電容41的兩端，在整流喬的直流輸出端接電容47，將電阻48與可控電子開(kāi)關(guān)49串聯(lián)后與電容47并聯(lián)，作為控制電容47放電的電路。
全文摘要
本發(fā)明提出的有電壓自舉和能量再生功能的脈沖驅(qū)動(dòng)電路。屬于機(jī)電控制領(lǐng)域，在應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)等感性負(fù)載的脈沖驅(qū)動(dòng)電源中，由于它采取了回收電能和動(dòng)態(tài)供電方式，使耗散功率成為有用功率，減少了輸入功率；利用電路產(chǎn)生的高壓加到驅(qū)動(dòng)脈沖的前沿，實(shí)現(xiàn)了低壓供電具有高電壓驅(qū)動(dòng)的效果；采用了動(dòng)態(tài)電源推動(dòng)、控制開(kāi)關(guān)電路和脈沖電路，使電路簡(jiǎn)單可靠。
文檔編號(hào)H02P8/00GK1100577SQ9311772
公開(kāi)日1995年3月22日 申請(qǐng)日期1993年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月18日
發(fā)明者潘譜皇 申請(qǐng)人:潘譜皇