五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)

    五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有許多優(yōu)良的性能，因此在國內(nèi)外都得到了較大發(fā)展，其驅(qū)動(dòng)技術(shù)也取得了很大進(jìn)步[1]。由于五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的研制和開發(fā)歷史不長，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源中的環(huán)形脈沖分配器專用芯片目前尚未見到，國內(nèi)外廠家生產(chǎn)的五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源中的環(huán)形脈沖分配器大都是由數(shù)字邏輯集成電路或EPROM存貯器構(gòu)成的[2．。由于電機(jī)的運(yùn)行節(jié)拍和運(yùn)行方式較多，采用這些方式設(shè)計(jì)的環(huán)形脈沖分配器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能較少、可靠性不高。近年來隨著邏輯可編程器件的出現(xiàn)，為邏輯電路的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性，因此完全可以用邏輯可編程器件（例如PAL、GAL等）設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的環(huán)形脈沖分配器。本文給出由兩片GAL16V8構(gòu)成的五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計(jì)方法。

    根據(jù)五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)韻工作原理，可以得到如表1所示的勵(lì)磁方式。可見五相混合式步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式很多，但是運(yùn)行節(jié)拍只有兩種即整步10拍和半步20拍。盡管該電機(jī)的勵(lì)磁方式很多，但從電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)陛和獲得最大合成轉(zhuǎn)矩的角庋出發(fā)，表1五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式常采用4-4相通電方式作為整步運(yùn)行方式，4-5相通電方式作為半步運(yùn)行方式。整步運(yùn)行方式中的5-5相通電方式雖較4-4相通電方式的合成轉(zhuǎn)矩大，但由于驅(qū)動(dòng)電源中采用橋式電路時(shí)存在上下橋臂換向容易引起短路而較少采用。本文給出的是4-4相通電方式和5-5相通電方式的環(huán)形脈沖分配器設(shè)計(jì)方法。

根據(jù)五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖[4]，可以得到4-5相勵(lì)磁方式和4-4相勵(lì)磁方式下的邏輯通電狀態(tài)變化順序，如表2所示。與之對(duì)應(yīng)的功放電路形式如圖1所示。表2中的“1”代表功率管導(dǎo)通，“0”代表功率管關(guān)斷。其中正轉(zhuǎn)的邏輯通電狀態(tài)變化順序?yàn)?.

  表2中序號(hào)為奇數(shù)的邏輯通電狀態(tài)即為4-4相勵(lì)磁方式

    通過分析可以看出，五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的環(huán)形脈沖分配器應(yīng)有10個(gè)輸出端，控制相應(yīng)的功率開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷，使得相應(yīng)的繞組關(guān)斷、正向通電或反向通電。除此之外，該環(huán)形脈沖分配器還應(yīng)有相應(yīng)的輸入控制端，定義為：

    CLK-步進(jìn)脈沖

    CW-正轉(zhuǎn)（CW=1）或反轉(zhuǎn)(CW=O)

    H-半步運(yùn)行(H=1)或整步運(yùn)行(H=0)

    PR-初始狀態(tài)預(yù)置

    OE-輸出使能

    根據(jù)定義，通過對(duì)表2所示邏輯通電狀態(tài)的分析（并不需用多變量卡諾圖的繁雜化簡過程），便可以得到五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形脈沖分配器的時(shí)序邏輯表達(dá)式：

  由時(shí)序邏輯表達(dá)式，用GAL器件實(shí)現(xiàn)環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計(jì)是不難的。目前通用的GAL器件（如GAL16V8、GAL20V8等）只有8個(gè)三態(tài)輸出端，由于五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共需要10個(gè)輸出端，所以可選用兩片GAL器件實(shí)現(xiàn)。由兩片GAL16V8構(gòu)成的五相7昆合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形脈沖分配器如圖2（略）。圖中CLK和PR輸入端周邊電路是為實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)自動(dòng)預(yù)置而設(shè)計(jì)的。為了保證預(yù)置的可靠性，參數(shù)選擇必須滿足R2C2>R1C1的關(guān)系。當(dāng)然也可以由外部電路實(shí)現(xiàn)狀態(tài)預(yù)置。根據(jù)圖2可以得到環(huán)形脈沖分配器的輸入／輸出狀態(tài)組合關(guān)系，如表3所示。

    文中給出的用GAL器件設(shè)計(jì)五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形脈沖分配器的方法，通過試驗(yàn)驗(yàn)證是可行的，所設(shè)計(jì)的環(huán)形脈沖分配器電路結(jié)構(gòu)大為簡化，可靠性高。這種方法同樣可以實(shí)現(xiàn)其它相數(shù)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計(jì)。細(xì)分電路的環(huán)形脈沖分配器用這種方法設(shè)計(jì)也是可行的。