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基于办公自动化设备的高能效步进电机驱动器方案

日期:2019-01-28 19:30

  电机的应用非常广泛,遍及人们工作及生活的各个领域,如打印机、复印机、传真机、投影仪、电冰箱、洗衣机、空调、燃气灶、照相机、ATM机、电动缝纫机、保安摄像机、自动售货机、热水供应系统、园林灌溉系统及工业自动化等。本文探讨了步进电机驱动的常见挑战,并重点介绍针对办公自动化设备应用的高能效步进电机驱动器方案。

  在节能越来越受重视的当今,高能效的驱动电机显得尤为重要。从类型上看,电机包括交流电机、直流有刷电机、直流无刷电机、永磁同步电机、伺服电机和步进电机等。其中,步进电机采用脉冲工作,也称作数字电机或脉冲电机。

  步进电机的旋转角与脉冲数量成正比,速度则与脉冲频率成正比,可通过控制脉冲数量来精确控制步进电机的旋转,使其非常适合于定位应用。本文将探讨步进电机驱动的常见挑战,并重点介绍针对办公自动化设备应用的高能效步进电机驱动器方案。

  电机驱动器能用于多种不同的应用。设计工程师在设计中使用电机驱动器时面对一些共通的挑战。首先,当今的大多数设计都要求电机驱动应用及相关电机驱动IC和元件提供低能耗和高能效。例如,在如果风扇驱动器电路板位于密封壳体内部,就会产生热量,要求额外的能耗来将它冷却。因此,就需要使用内置风扇在内部环流冷风,以减少热量并管理散热。故工程师可能会要求低功率损耗,同时还要求强大、具备高能效冷却功能的电机。

  其次,从终端用户角度来讲,极需要降低电机产生的噪声,以避免造成不适的感觉。设计人员还必须能够补偿系统中的任何外部噪声或振动。再次,无论是因为居住空间有限或是用户偏好,消费者对紧凑型方案的需求高是一项普通的消费趋势。这趋势导致更小尺寸及低噪声的电机更受偏好,但这在尝试补偿其它设计要求时并不总是具有可能性。

  值得注意的是,由于要求高压电源来驱动白家电及工业等应用,电机及电机驱动器的耐用性及安全性至关重要。更不用说工程师需要选择能够精确控制速度的可靠电机。

  步进电机常用于精密控制应用,并采用像微步进的技术来减轻电机振动。图2显示了永磁型步进电机及混合型步进电机的工作原理图解。步进电机以数字脉冲形式工作,通常称作同步电机或脉冲电机。步进电机通过导通及关闭MOSFET来控制转动。

  以图2左侧为例,当电流流过MOSFET开关OUT1和OUT2时,永磁转子的位置如左图所示。控制OUT1、2、3及4的电流,就可以控制转子位置。转角与脉冲数量成正比,转速与脉冲的频率成正比。您可以藉控制脉冲数量来精密地控制转子位置,使其适合于定位。

  如前所述,步进电机的应用非常广泛,如在ATM自动柜员机中用于进钞控制及存折卷入等功能,又如在自动售卖机中用于货品移动,以及在中用于轮盘旋转等。本文讨论的重点是针对办公自动化应用的步进电机及驱动器,典型产品有如打印机及扫描仪。通常情况下,进纸、纸托盘及扫描等功能可能使用到步进电机,用于位置控制。

  如图3所示,步进电机精确地将纸从A点移到B点。如果终端用户的首要要求是静音驱动,那么就适宜采用低振动的微步步进电机。在这类应用中,步进电机及直流无刷电机用于将墨带压到纸上。要求采用步进电机来在需要定位的地方调节墨带对纸的压力。而在台式扫描仪等设备中,设计人员选择具备定位功能、低振动及电机旋转控制范围的电机

  目前,多种电子产品中使用的步进电机能效较低,成为业界关注的一项焦点,也为电源系统设计工程师带来了挑战。安森美半导体推出的LV8702高能效步进电机驱动IC克服这些挑战,提供独特的驱动系统,帮助节省电机的空载能耗,且提供多重应用优势。

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