步進電機新型驅(qū)動器開發(fā)及其控制系統(tǒng)研究_圖文

1、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文步進電機新型驅(qū)動器開發(fā)及其控制系統(tǒng)研究姓名:張建川申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):機械電子工程指導(dǎo)教師:路長厚摘要本文通過對步進電機驅(qū)動技術(shù)的詳細研究,開發(fā)研制出一種新型的恒流斬波式步進電機驅(qū)動器。論述了新型驅(qū)動器設(shè)計中元器件的選型和開發(fā)研制方法,并進行了理論建模和實驗研究。開發(fā)研制出相應(yīng)的單片機控制系統(tǒng)。新型驅(qū)動器著重對吸收回路部分進行了較大的改進,用預(yù)充有電荷的電容器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耗能元件,在理論上建立了此種吸收回路的數(shù)學(xué)模型。f并通過實驗證明:采用這種電路后可極大地縮短繞組電流衰減到零所用的時間。由于電路中功放部分成功的應(yīng)用了功率MOSFET,提高了斬波頻率,降低了功放管自身的損

2、耗,極大提高了可靠性。將存儲在繞組上的磁場能量加以回收利用,采用電荷泵的方式將回饋給電源,減少了系統(tǒng)發(fā)熱,提高了電源利用率,較好地解決了一般步進電機驅(qū)動系統(tǒng)長期存在的低頻段共振失步,高頻、段出扭矩不足,以及功耗大,效率低等問題。斗/在控制系統(tǒng)開發(fā)研究與元器件的選型方面,充分利用了微電子技術(shù)的最新發(fā)展,將新一代高性能單片機hT89C2051用于步進電機的伺服控制,充分發(fā)揮/-了單片機體積小、速度快、功耗低、計算功能強大的特點。l利用單片機的通訊端口,實現(xiàn)了新型驅(qū)動器與上位機的通訊功能,具備了一定的智能化,在一定程度上減輕了上位機的壓力,比較適合作為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。將可編程邏輯器件應(yīng)用于驅(qū)動器的硬

3、件設(shè)計,大大簡化了電路板的設(shè)計。利用計算機輔助設(shè)計軟件PROTEL對電路板進行了優(yōu)化設(shè)計,充分考慮了各種復(fù)雜環(huán)境因素對電路的影響,配以完善的軟件設(shè)計,增強了系統(tǒng)的抗干擾性,使用中從未發(fā)生過單片機“死機”現(xiàn)象。對步進電機的啟、停過程進行了加減速最優(yōu)控制,使步進電機的性能得到了更充分的發(fā)揮。第1頁本文的研究成果已在全國50多家企業(yè)中成功應(yīng)用,其先進性和可靠性得到了充分證明。l關(guān)鍵詞:步進電機.新型驅(qū)動器,能量回收:單片機控制第1I頁DEVELOPMENT AND RESEACH oF NEW TYPE DRIVER AND CoNTRoLLING SYSTEM oF STEPPING MoToRA

4、bstractBased on analysis on driving technology of stepping motor,a new constant current PWM stepping motor driver is developed.The selection of electronic components and chips are discussed and developing methods are described.Also。theoretical and experiment research are carried out about the new di

5、ver,as well as the corresponding single-chip computer control system are achieved.Key technology of the new type stepping motor driver is with an absorbing return tireuit,which uses capacitors filled in electric charge in advance instead of traditional dissipating elements.It is showed that the abso

6、rbing return circuit can greatly decreased time spent on attenuation of the current to zero by theoretical analysis and experiment research.ne successful application of power MOSFET enhances PWM frequenc5reduces energy loss of power transistor and greatly increases system reliabil毋.The magnetic ener

7、gy stored in the winding is returned to the power resource in the fornl of charge pump and utilized again.So the heat radiation of system is further reduced.nle new stepping motor driver solves well the problems about jointly vibration and loss step in low frequency region and inadequate torsion in

8、high frequency region,which existed in the common stepping motor drive systems for long time.At the aspect of the development of control system and selection of components and devices,new generation of high.quality single-chip computer-AT89C2051淅tll advantages of its smaller volume,hi曲er speed,lower

9、 power loss,powerful calculation ability is applied to servo-control of stepping mot01-.T1lis control system uses the communication port of AT89C2051to implement the communication function between the new driver and the uppler computer.The intelligence ofthis contr01system greatly lessens the pmssur

10、e ofthe upper compute r.Programmable logic devices are also applied to the hardware design of the new stepping motor driver and make the circuit board design simplified greatly.The computer-aided design software-PROTEL is used to optimize design of circuit board.A1l complicated influencing factors a

11、re coilsidered in order to strengthen the noiseimmunity of system so that"the hung systemnever occurs to the singlechip computer.Optimal contr01program of acceleration and deceleration jn the start and stop 第11J頁process of stepping motor is achieved.n has made the better performance of stepping

12、 motor.The research achievements of this thesis have been successfully applied to more也an50enterprises and its advance and reliability have been fully proved.Key words:Stepping motor,new driver,energy recovery,single-chip computer control第頁1.緒論1.1課題提出的背景針對目前國內(nèi)市場上標牌打印機奇缺,牛產(chǎn)又有迫切需求的現(xiàn)實,我們提出了開發(fā)一種新型數(shù)控標牌打印

13、機的課題:設(shè)計出的原理如圖卜1所示。幽卜1圖卜1中,為微型計算機、為驅(qū)動與控制主板、為驅(qū)動元件、為施力機構(gòu)、為字庫、為檢測裝置、為工作臺與夾牌機構(gòu)、為選字分度機構(gòu)。這種打印機可廣泛用于實時在線打印機器標牌(鋁牌、鐵牌、塑料牌等上的動態(tài)數(shù)據(jù):如某鋼廠鋼材的標牌內(nèi)容為:牌號:20CrMnTi,爐號:T98235規(guī)格:巾6.5mE重量:1450kg第1頁其中的非漢字部分均為實時在線打印內(nèi)容;在微機上進行編輯后,傳遞給控制與驅(qū)動系統(tǒng);由后者控制執(zhí)行機構(gòu)、自動完成打印過程。由于大批量生產(chǎn)線的快節(jié)奏,對打印機的速度提出了很高的要求;其中的驅(qū)動與控制系統(tǒng)就成為開發(fā)任務(wù)中的重中之重。從成本和控制方便性考慮我們

14、擬選擇步進電機驅(qū)動與控制方案。步進電機又有反應(yīng)式和混合式可用,后者力矩大但成本高;從批量生產(chǎn)的成本和用戶的經(jīng)濟承受能力考慮,我們擬采用前者,并通過開發(fā)高性能的新型驅(qū)動器來彌補其不足。因此,研制一種新型反應(yīng)式步進電機驅(qū)動器便成為本課題進給系統(tǒng)的核心問題。步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移(或線位移的增量運動電磁執(zhí)行器件“3,其輸出轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的個數(shù)、頻率有著嚴格的同步關(guān)系。它的歷史可追溯到十九世紀三十年代,真正把步進電機理論用于指導(dǎo)設(shè)計和制造可供應(yīng)用的步進電機是在1930年,之后這項技術(shù)徘徊了數(shù)十年之久,幾乎被拋棄,實際上,真正有工業(yè)應(yīng)用價值的步進電機及其驅(qū)動系統(tǒng)直到五十年代才問世

15、”1。隨著電子技術(shù)和數(shù)字計算的進步,步進電機的應(yīng)用更加廣泛,作為執(zhí)行元件,它廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。六十年代,富士通公司首先將其應(yīng)用于機床上,組成開環(huán)數(shù)控系統(tǒng),打破了閉環(huán)控制主載數(shù)控界的局面。1“1。步進電機的性能在很大程度上取決于驅(qū)動器的類型,實際上步進電機與驅(qū)動器是密不可分的兩部分,兩者一起統(tǒng)稱為“步進電機系統(tǒng)”或“步進電機單元”,其運行性能是電機和電路兩者配合所反映出來的綜合效果”1。效率、可靠性和驅(qū)動能力是步進電機驅(qū)動電路所要解決的三大問題。它們?nèi)咧g并非彼此孤立,而是相互制約的。驅(qū)動能力隨電源電壓的升高而增大;但電路的功耗一般也相應(yīng)增大,使效率降低;可靠性則因為電路的功耗增大,溫

16、度升高而降低。第2頁由于我們研制的產(chǎn)品一般用于產(chǎn)品生產(chǎn)線中,因此對設(shè)備的可靠性、動作的準確性和快速性要求較高。考慮到設(shè)備的成本及對電機高頻響應(yīng)的要求,我們擬選用45BF005、55BF009反應(yīng)式步進電機。由于反應(yīng)式步進電機較其它形式步進電機所要求的驅(qū)動電流大,所以研發(fā)生產(chǎn)出運行性能好、節(jié)省能源、可靠性好、造價低廉的步進電機驅(qū)動器是產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵。正是以上要求,作者擬對步進電機驅(qū)動技術(shù)進行深入研究,力求開發(fā)出高性能的步進電機驅(qū)動器。1.2步進電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀步進電機驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展與伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān)。目前,世界上的伺服系統(tǒng)可歸為步進電機系統(tǒng)、直流電機伺服系統(tǒng)、交流電機伺服系統(tǒng)。交

17、流伺服電機系統(tǒng)由于沒有電刷磨損和換向火花,維護簡單,可靠性高,高速性能優(yōu)越,在八十年代開始應(yīng)用至今,顯示出強大的生命力,但其伺服系統(tǒng)復(fù)雜,價格較貴。直流伺服電機系統(tǒng)的性能較好,但制造、和維護成本較高,目前已有被交流伺服取代的趨勢。步進電機系統(tǒng)由于發(fā)展較早,電機成本低、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動電源成本不高,因而具有良好的市場競爭力,在世界各國又獲得了新的評價”1。國內(nèi)出現(xiàn)的經(jīng)濟數(shù)控機床及其高檔產(chǎn)品絕大多數(shù)使用步進電機系統(tǒng)作為伺服機構(gòu)。步進電機系統(tǒng)性能的好壞,不僅取決于電機本身,更取決于其驅(qū)動電源的性能。驅(qū)動電源同步進電機是一個整體,不同形式的步進電機其驅(qū)動電源也有差異。永磁式步進電機由于電機本身

18、具有自鎖轉(zhuǎn)矩,因而在國外一直是應(yīng)用廣泛的一種”。在國內(nèi)由于永磁式步進電機制造技術(shù)尚未完全過關(guān),成本較高,因而在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用不普遍。但可預(yù)測,隨著國內(nèi)電機制造技術(shù)的完善及成本的降低,它將會在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中大顯身手。反應(yīng)式步進電機由于其力矩一隕性比高、步進效率高、響應(yīng)速度快、機械第3頁結(jié)構(gòu)簡單、壽命長,無失步區(qū)、成本低。1,在國內(nèi)發(fā)展的歷史較長,制造技術(shù)完善,七十年代末已形成完整系列,性能又好,因而在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用得相當(dāng)廣泛”1。它是一種利用電磁鐵作用原理,將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的電機。其繞組不是恒定通電,而是脈沖式通電,繞組要注入一定幅值的電流,電機才能拖動負載正常運轉(zhuǎn)。我們主要從以下兩個

19、方面進行論述:(1電源功放級使用元件情況驅(qū)動電源性能的好壞及可靠性,在很大程度上與末級功放所用功率元件直接相關(guān)。最初使用的末級功放元件是可控硅?？煽毓枋且环N脈沖觸發(fā)的開關(guān)器件,它突出的優(yōu)點是輸入功率小、輸出功率大、耐壓高、成本較低“。在七十年代,由于國內(nèi)大功率高反壓晶體管較少,所以用可控硅為功率器件的驅(qū)動器曾一度占據(jù)主流。但是,可控硅雖然觸發(fā)簡單,但關(guān)斷困難,總的來看線路復(fù)雜、易形成誤觸發(fā)、可靠性差、不便于調(diào)試和維護、抗干擾能力不好,近些年來隨著大功率晶體管的發(fā)展一般不再采用。晶體三極管具有控制方便、調(diào)試容易開關(guān)速度快以及元件損耗小等優(yōu)點,并且由于采用先進的設(shè)計,晶體管的開關(guān)特性和耐壓過流能力

20、有了相當(dāng)大的改進,因而近幾年國內(nèi)外絕大多數(shù)驅(qū)動電源使用晶體三極管作為末級功放元件。近年來,由于V形槽金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(VMOSFET綜合了大功率雙極晶體管和場效應(yīng)晶體管的優(yōu)點,具有大功率、高耐壓、高增益的特點,且沒有少數(shù)載流子存貯時間和溫度失控,并有顯著的抑制二次擊穿特性“,因而使用它可大大提高驅(qū)動電源的可靠性。隨著成本的降低及使用經(jīng)驗的積累,越來越多的驅(qū)動電源將會使用MOSFET作為末級功放元件。(2驅(qū)動電源電路結(jié)構(gòu)的發(fā)展第4頁不同形式的功率放大電路對電機性能的影響各不相同,這種不同形式的功率放大電路的差別主要是功率放大電路中不同的輸出級結(jié)構(gòu)。單電壓的驅(qū)動電路在六十年代初期國外就

21、已大量使用,它的豐要特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低“,在繞組回路中串接電阻,用以改善電路的時間常數(shù)以提高電機的高頻特性。缺點是:串接電阻器的做法將產(chǎn)生大量的熱,對驅(qū)動電源的正常工作極其不利,尤其是在高頻工作時更加嚴重,因而它只適用于小功率或?qū)π阅苤笜烁蟛桓叩牟竭M電機驅(qū)動。隨著對步進電機大功率驅(qū)動和高頻工作的要求,六十年代末出現(xiàn)了高低壓電路,這種電路由于電流波形得到了很大改善,電機的矩頻特性很好,起動和運行頻率得到了很大提高。由于繞組回路中串接若干個較小的電阻,所以電源功耗較小。但由于電機旋轉(zhuǎn)反電勢、相間互感等因素的影響易使電流波形的頂部呈凹形,致使電機的輸出力矩有所下降“。為了彌補高低壓電路中電流波

22、形的下凹,提高輸出轉(zhuǎn)矩,七十年代中期研制出斬波電路,該電路由于采用斬波技術(shù),使繞組電流在額定值上下成鋸齒形波動,流過繞組的有效電流相應(yīng)增加,故電機的輸出轉(zhuǎn)矩增大,而且不需外接電阻,整個系統(tǒng)的功耗下降,效率較高,因而恒流斬波電路應(yīng)用相當(dāng)廣泛。國外對步進電機驅(qū)動技術(shù)的研究一直很活躍。目前,國外對步進電機的控制與驅(qū)動的一個重要發(fā)展方向是大量采用專用芯片,結(jié)果是大大縮小了驅(qū)動器的體積,明顯提高了整機的性能,比較典型的芯片有兩類。一類芯片的核心是用硬件和微程序來保證步進電機實現(xiàn)合理的加減速過程,同時完成計長走步、正反轉(zhuǎn)等。對于開環(huán)使用的步進電機,實現(xiàn)合理的加減速過程便可使其達到較高的運行頻率而不失步或過

23、沖。例如日本的PPMCl01B便是這種芯片。采用這類專用集成電路,可驅(qū)動35相電機,可選擇勵磁方式;轉(zhuǎn)速精確,設(shè)定的第5頁轉(zhuǎn)速范圍寬、加減速的過渡時間及上升陡度可根據(jù)負載選定;此外還有單步運轉(zhuǎn)和不同的停止方式等功能。另一類芯片的核心是實現(xiàn)細分技術(shù),例如日本東芝公司的TA7774H二相步進電機細分控制芯片,其內(nèi)部集成了PWM斬波控制和函數(shù)型雙極驅(qū)動電路細分控制功能。目前由于集成芯片受到耐壓、電流容量的限制,一般只能用于小功率步進電機的驅(qū)動“。近年來,國外許多廠商相繼推出了多種步進電機控制與驅(qū)動芯片和多種不同功率等級的功率模塊,僅由幾個專用芯片和一個功率模塊便可構(gòu)成一個功能齊全、性能優(yōu)異的步進電機

24、驅(qū)動器,例如意大利SGS公司的L297和L298構(gòu)成的四相(二相定電流斬波驅(qū)動器就屬此類。從上面的分析,我們可以看出,國外所采用的集成技術(shù)由于涉及到微電子技術(shù)、集成電路加工技術(shù)、電力電子技術(shù)的前沿,在我國目前的條件下還暫不能實現(xiàn),所以用集成加分立元件開發(fā)出適合我國國情的高性能驅(qū)動器是一個比較現(xiàn)實的做法。1.3步進電機驅(qū)動軟件發(fā)展狀況在微型計算機出現(xiàn)以前,步進電機的控制完全由硬件實現(xiàn)。比如環(huán)形分配器,就是由多個標準數(shù)字集成電路按照邏輯真值表組合而成,不同類型的電機、不同的工作方式就需要有不同的環(huán)形分配器,如果更換了電機類型或改變工作模式,則整個硬件電路需要重新設(shè)計。隨著以MCS一51系列為代表的

25、單片機的迅速普及,基于軟件為核心的通用環(huán)形分配器獲得了廣泛的應(yīng)用“,此類環(huán)分器僅需更換不同的軟件即可適應(yīng)各種電機,而無需變更硬件,具有極大的靈活性。此外,在步進電機的速度控制中,我們尋求的最佳升降速曲線是根據(jù)步進電機的動力學(xué)特性及矩頻特性得到的,在數(shù)學(xué)上這種曲線方程是比較復(fù)雜的,人們很難找到一種硬件電路來模擬它,只能在一定頻段內(nèi)做一種比較大的近似來擬合“?，F(xiàn)在,我們可以通過軟件編程來精確的模擬升降速曲線,并且結(jié)合第6頁當(dāng)前微型計算機的強大計算功能可實現(xiàn)步進電機的最優(yōu)化控制。1.4本文的主要研究工作木課題主要擬完成以下幾點工作:(1針對當(dāng)前國際功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展趨勢,尤其是大功率MOSFET

26、的出現(xiàn),將大功率VMOS管應(yīng)用于步進電機驅(qū)動器。充分利用功率MOSFET本身具有的特點,結(jié)合驅(qū)動電路的良好設(shè)計,開發(fā)研制結(jié)構(gòu)簡化,開關(guān)頻率和可靠性高的新型步進電機驅(qū)動器。(2跟蹤當(dāng)前單片微處理器的發(fā)展,將htmel公司的單片機和Lattice 公司的可編程器件引入驅(qū)動器的設(shè)計,將步進電機環(huán)形分配器由先前的硬件環(huán)分轉(zhuǎn)為現(xiàn)在的軟件環(huán)分,并用可編程器件代替標準數(shù)字集成電路的硬件邏輯,以簡化電路板的設(shè)計,節(jié)省電路板空間,并使驅(qū)動器具備一定的智能化,可使步進電機按照優(yōu)化的加減速曲線運行,實現(xiàn)以最短時間為目標的最優(yōu)控制。(3對于單極驅(qū)動方式而言,如何兼顧釋放回路的速度和效率是一個難點。本文擬開發(fā)一種全新的

27、快速釋放回路,在加快釋放回路速度的同時將多余的能量回收并回饋給電源,最大限度地提高電源效率、降低電機和驅(qū)動系統(tǒng)的溫升。(4研究開發(fā)驅(qū)動控制系統(tǒng)與上位主機的通訊軟硬件。我們擬研制的新型步進電機驅(qū)動電源具備和上位主機通訊的功能,并且可由多個驅(qū)動器通過標準的通訊端口組成分布式結(jié)構(gòu),它們之間的協(xié)調(diào)則主要通過相關(guān)控制軟件完成。為保證系統(tǒng)響應(yīng)的實時性,我們擬采用匯編語言進行編程。第7頁2.步進電機驅(qū)動器技術(shù)要求與現(xiàn)狀分析步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移(或線位移的機電換能器。它與通常的交、直流電機一樣,是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的電磁元件。但它的勵磁繞組不能直接接到單相或三相正弦交流電網(wǎng)上,也不能簡單的和

28、直流電相接,必須和專用的驅(qū)動器相接。步進電機的性能在很大程度上取決于驅(qū)動器的優(yōu)劣。下面將詳細論述。2.1步進電機驅(qū)動電源的基本組成及工作要求圖2-1步進電機驅(qū)動系統(tǒng)方框圖步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的原理如圖2.1所示,控制電路產(chǎn)生步進電機所需要的電脈沖信號,脈沖分配器把電脈沖信號按規(guī)定的方式分配給步進電機各相勵磁繞組,使各項勵磁繞組輪流接受脈沖信號的控制?？刂齐娐方?jīng)脈沖分配后輸出的信號很低,不能提供步進電機所需的輸出功率,必須進行開關(guān)放大,這就是步進電機的功率驅(qū)動部分。脈沖分配部分可以由硬件電路組成,也可由軟件實現(xiàn)。當(dāng)脈沖分配由硬件實現(xiàn)時,步進電機的驅(qū)動電源包括脈沖分配和功率驅(qū)動兩個部分;當(dāng)脈沖分配由軟

29、件實現(xiàn)時,步進電機驅(qū)動電源實際上只包含功率驅(qū)動部分,控制電路多由微機及接口電路組成。步進電機對驅(qū)動電源來講,是一種感性負載。為提高電機的性能指標和系統(tǒng)的效率,設(shè)計步進電機驅(qū)動電源時應(yīng)考慮一下問題“:第8頁(I通電周期內(nèi)能提供足夠大的矩形波或接近矩形波的電流。步進電機負載的電感較大,由于存在反電動勢,電流不可能突然建立或突然消失,它將按指數(shù)規(guī)律上升或下降。如下式所示:卜÷-羔卜刁式中:I。電流的穩(wěn)態(tài)值(即額定電流值卜一電路時間常數(shù)f=三I一電機繞組電感(mI-Dr電機繞組內(nèi)阻(QR限流電阻(Q一般要經(jīng)過3至4個t的時間,電流才能達到穩(wěn)態(tài)值。因此,步進電機在一個通電周期中,實際電流平均值

30、比理想的方波小,使得運行時的輸出轉(zhuǎn)矩小。在最后達到額定電流相同的情況下,電流上升的時間越長,輸出轉(zhuǎn)矩減小越明顯。隨著運行頻率的增加,每相通電周期更加變短,t的影響相對加大,有可能電流剛剛建立就被切斷了,導(dǎo)致高頻輸出轉(zhuǎn)矩變小;而在關(guān)斷時,電機勵磁繞組中的電流也不能立即消失,仍按指數(shù)規(guī)律衰減,也同樣需要3至4個t的時間,電流才能衰減至零。由步進電機的運行原理可知,當(dāng)脈沖指令切換到下一相勵磁時,而前一相電流還沒有衰減到零,則產(chǎn)生一個負轉(zhuǎn)矩,故而使平均轉(zhuǎn)矩更加減小。因此設(shè)法改善驅(qū)動電源的電流波形,是步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的重要仟務(wù)之一。(2要求驅(qū)動電源效率高、功耗小。為了改善步進電機的電流波形,需要提高主回

31、路電源電壓,但又不能使相繞組電流超過額定值,往往需要在驅(qū)動電路中串聯(lián)限流電阻,這樣勢必增加串聯(lián)電阻上的熱損耗(無用功損耗。雖然串聯(lián)電阻可使時間常數(shù)減小,提高運行速度,但這種辦法,除增大熱損耗外,還會增加電源的負擔(dān),因此,已很少被應(yīng)用。如何合理地設(shè)計驅(qū)動電路,使得既能保證步進電機有良好的性能,又能減少損耗,是解決問題的關(guān)鍵。(3要求驅(qū)動電源運行可靠、穩(wěn)定。步進電機勵磁繞組對電源來講是一種感性負載,尤其是對功率大的電機,電感更大,而且又處于開關(guān)的瞬變狀態(tài)。在斷電的瞬間,電機繞組兩端會產(chǎn)生很高的反向感應(yīng)電動勢,有時可高達數(shù)百甚至上千伏,如果吸收回路設(shè)計不好,將對功率驅(qū)動開關(guān)元件造成很大的沖擊,甚至造

32、成擊穿損壞。為提高驅(qū)動電源可靠性,我們在工程實際中不僅要篩選元件、合理選擇參數(shù),還要很好地考慮保護措施,才能保證可靠、穩(wěn)定。(4要求驅(qū)動器的成本低、便于生產(chǎn)。2.2步進電機驅(qū)動電路的幾種典型形式驅(qū)動電源中對步進電機性能有明顯影響的部分是功率驅(qū)動電路輸出級的結(jié)構(gòu)。步進電機驅(qū)動器經(jīng)過多年的發(fā)展與完善,已逐步形成相對固定的幾種電路形式,它們各有特點,下面簡單介紹幾種在驅(qū)動電源發(fā)展過程中最常見的驅(qū)動電路。單電壓驅(qū)動是應(yīng)用最早的一種電路形式,它的突出特點是線路簡單,主要應(yīng)用場合是驅(qū)動對性能要求不高的小功率步進電機。它的電原理圖如圖22所示。圖中,T為功率開關(guān)管,R為限流電阻,D為續(xù)流二極管。當(dāng)控制脈沖C

33、P前沿到來時,Cp=“1”,前置放大后使功率管T導(dǎo)通,電流經(jīng)限流電阻R在電機繞組L上建立電流,由于電感的作用,電流,成指數(shù)規(guī)律增長,經(jīng)過3第10頁至4個周期后,工程上就認為電流達到了穩(wěn)定值,其電流波形見圖23。cP幾廠圖22圖2-3當(dāng)CP后沿到來時,CP=O,使T關(guān)斷。由于電流,不能突變,續(xù)流二極管D導(dǎo)通續(xù)流,電流,逐漸衰減,其等效電路如圖24所示。設(shè)是電機的等效電感,當(dāng)CP=I,T導(dǎo)通時,電流,建立的過渡過程為:iP可p+(,pO-,pP“7(2-1ff;j額定相電流其中:,:-E-RVces1pf=三R為時間常數(shù),加為T導(dǎo)通時繞組初始電流,低頻時,加*O圖2-4CP:O,T關(guān)斷,J衰減等效

34、電路如圖24所示,J的過渡過程為:(22Jp=,Pl e一疋其中I,1為T關(guān)斷瞬間繞組初始電流,低頻時,。*,p由式(2一1和(22可知,由于E較小,J一定時R一-E-,Vces z魚1也較小,所以過渡過程時間常數(shù)f很大,因此,的建立和衰減速度都是很小的,因第11頁此電機高頻性能上不去。當(dāng)電機工作頻率為廠時,T開關(guān)頻率為=÷/時,_,建立和衰減時間為:O乒三上:三。旦:三j2凡2|1由式(2-1得一三l L=h0I一fe。由式(2-2得一三Dfo=Ie一三解出一。:乓,1+Pfr_=J了01+Pfr功率管T導(dǎo)通和關(guān)斷時繞組電流,。差值一三虬一。=ol+Psr,。的中間值k=圭(,pO

35、+Ipl=i1。隨著頻率,的升高,。升高,州下降,AI,下降,而,:不變,波形如圖25所示。lp波形隨,變化有下面幾個特點:(1隨著,的升高,AI,下降,由于電機輸出扭矩跟,成比例的,所以第12麗隨/的升高,輸出轉(zhuǎn)矩下降,如圖2-6所示。i圖2-5(2隨著,的升高,加上升,-下降,而中間值,:不變,高頻時,在T關(guān)斷期間不再衰減到零,繞組中總是流有電流的。(3隨著/的升高,雖然輸出扭矩M下降,但繞組電流的平均值I。幾乎不變,當(dāng)f足夠大時1J舢z,講z去,因此隨.廠的提高,效率下降。圖26單電壓驅(qū)動電源的優(yōu)點是線路簡單,缺點是限流電阻R功耗很大,電源效率低。例如對55BF009型小功率反應(yīng)式步進電

36、機,其額定相電流為3A,當(dāng)電源電壓為50V時,電阻R消耗的功率近似為3X50=150/,當(dāng)電機同時鎖定兩相時,限流電阻功耗高達300W。從上面的分析知道單電壓驅(qū)動電源的效率很低,電機高頻性能不好,隨著頻率的升高,繞組電流不再衰減到零,高頻時雖然電機輸出扭矩下降,但繞組電流平均值幾乎不變,當(dāng)頻率足夠高時,繞組平均電流為額定值的1/2,繞組電流值差為零,此時繞組流過直流,電機輸出轉(zhuǎn)矩為零。第13頁山東大學(xué)碩士學(xué)位論文高低壓供電驅(qū)動方式是在單電壓供電的基礎(chǔ)上,為解決單電壓驅(qū)動的快速性能不好而發(fā)展起來的一種供電技術(shù)。其基本思路是,在脈沖來到時,在電機繞組的兩端先施加一較高電壓,從而使繞組的電流迅速建立

37、,使電流建立時間大為縮短,在相電流建立起來之后,改用低電壓,以維持相電流的大小,這樣做,可以減小甚至去掉限流電阻,使電源的驅(qū)動效率大為提高。典型電路如圖27所示。繞組剛通電時,T。、T。都導(dǎo)通,高壓電源V。與L形成回路,使電流上升速率較大,經(jīng)過時間T。后,T2截止,低壓電源V。與D。、R、L構(gòu)成回路,以保持一定的穩(wěn)態(tài)電流,繞組斷電時,T。、T。同時截止,L與D2、v,、v。、D。、R構(gòu)成回路,即給繞組加了一個負壓V。一V。,提高了電流下降率。該電路去掉了主回路的串聯(lián)電阻,降低了功耗,提高了效率。t譴圖27圈28但這種雙電壓驅(qū)動電源有如下缺點:(1增加了一個高壓電源,而使電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本變高。

38、(2由于在脈沖加入時采用高電壓供電,故對功放管的特性要求較高。(3在帶負載的情況下,低頻運行特性不理想,難以通過驅(qū)動電路補償由于步進電機運行產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電勢造成的電流下凹問題。雖然高低壓驅(qū)動電源具有如上的缺點,但由于它極大地提高于步進電機的第14頁山東大學(xué)碩士學(xué)位論文快速性,大大改善了步進電機的運行性能,所以這種驅(qū)動技術(shù)目前在我國的應(yīng)用仍較普遍。由于雙電壓驅(qū)動電源電機繞組的電流波形較差,影響了電機的平穩(wěn)運行,所以以此為出發(fā)點,發(fā)展了恒流驅(qū)動技術(shù),恒流式驅(qū)動電源有多種形式,如反饋控制式恒流驅(qū)動、恒流斬波驅(qū)動、定頻脈寬調(diào)制驅(qū)動技術(shù)及斬波型平滑驅(qū)動等等,它們各有特點,反饋控制式恒流驅(qū)動由于其功放管的導(dǎo)

39、通與斷開都不能較迅速完成,工作在放大狀態(tài)下的時間較長,故功耗大、發(fā)熱多,其性能較差;圖29為一種恒流斬波驅(qū)動電路的原理圖,為單極型驅(qū)動方式,它充分利用了現(xiàn)有的電源電壓,能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)工作,由于不需外接限流電阻,故使能耗大為降低,效率較高。但普通的恒流斬波驅(qū)動技術(shù)由于功放管工作在開關(guān)狀態(tài),在高頻時雙極晶體管的功率開關(guān)損耗劇增,降低了電機的高頻特性,且斬波頻率一般設(shè)定在12KHz,電磁噪聲大,同時會對鄰近的設(shè)備造成下擾及在電機里產(chǎn)生附加鐵損。有關(guān)恒流斬波各部分的波形見圖2-10。恒流斬波驅(qū)動技術(shù)雖然有許多缺點,如低速運行時由于繞組電流沖擊大,使低頻產(chǎn)生振蕩,運行不平穩(wěn),噪聲大定位精度沒有提

40、高等,但由于它極大地改善了電流波形,采用能量反饋,提高了電源效率,改善了矩圖2-9頻特性,故目前國內(nèi)外各驅(qū)動器生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品均采用斬波方式。第15頁圖2一10小結(jié)綜上所述,在步進電機產(chǎn)生后的幾十年里,隨著控制技術(shù)及電子電路技術(shù)的提高,步進電機的驅(qū)動電源有了長足的進展,從單電壓驅(qū)動到恒流斬波驅(qū)動,這些電源與當(dāng)時的技術(shù)條件等密切相關(guān),他們各自有自己的優(yōu)缺點。早期的晶體管單電壓驅(qū)動方式現(xiàn)已基本淘汰,取而代之的是以恒流斬波技術(shù)為基礎(chǔ)的高性能驅(qū)動方式,這種方式極大地改善了驅(qū)動電流波形,減少了電源功耗?？梢灶A(yù)見,在日益注重節(jié)能和環(huán)保的今天,恒流斬波技術(shù)必將有著廣泛的發(fā)展空間。第16頁3.元器件簡介步進電機

41、驅(qū)動電源是由各種類型的元器件組裝而成的,隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,一些新型元器件層出不窮。器件的進步往往能簡化電路的設(shè)計,并顯著縮小設(shè)備的體積,提高性能價格比。本章主要介紹一下新型步進電機驅(qū)動器所用到的主要元器件的功能及參數(shù)。3.1功率器件研究驅(qū)動級線路,應(yīng)該既要保證繞組有足夠的電壓電流及正確的波形,同時又要保證驅(qū)動級功率放大器件的安全運行。另外,還應(yīng)有較高的效率、較小的功耗、較低的成本。這就必須要設(shè)計合理的線路,選用合適的功率器件。驅(qū)動級的功率放大器件有中功率晶體管、大功率晶體管、大功率達林頓晶體管、可控硅、可關(guān)斷可控硅、場效應(yīng)功率管、雙極型晶體管與場效應(yīng)管的復(fù)合管以及各種功率模塊“。對小功

42、率小機座號的步進電動機,均可用中小功率晶體管進行驅(qū)動,晶體管具有推動功率小、放大倍數(shù)大、線路簡單等優(yōu)點,用于驅(qū)動小機座號的步進電動機(繞組電流在數(shù)百毫安足以勝任。對較大機座號的功率步進電動機,由于繞組所需的電流較大、電壓高、反電勢也大,所以都必須用大功率晶體管驅(qū)動,高反壓大功率晶體管是常用的器件。它的主要缺點是處于開關(guān)狀態(tài)時放大倍數(shù)較小,一般只有幾倍、十幾倍,因此晶體管的基極也必須提供較大的推動電流,這樣就使推動級的功率增加,整個驅(qū)動器的效率下降,成本增加,同時也給線路的裝配、散熱帶來困難。這里首先對一些在驅(qū)動電源中常用的功率半導(dǎo)體元器件及其特性進行簡單描述。由于現(xiàn)有元器件型號涉及到各廠家、各

43、公司,系列也沒有歸一化,我第17頁國現(xiàn)行的是部頒標準,因此這里只根據(jù)資料來源和實驗電路中所用的型號做簡單介紹。二極管最基本的特性就是單向?qū)щ娦?。根?jù)這個特性,二極管在驅(qū)動電源中主要用來整流,也用作限幅、鉗位、吸收等。步進電機驅(qū)動電源對二極管提出了比較特殊的要求,即降低正向壓降和大幅度地減小時間效應(yīng)。二極管典型伏安特性曲線如圖3一l所示。普通二極管有較大的正向壓降。例如對于25A整流管,實測正向壓降在0.91.5v,對:、廠”于橋式整流還要加倍,這是整流電路內(nèi)阻的主要來源之一。在驅(qū)動電源中,整流器正向壓降和內(nèi)阻是影響驅(qū)動電源的整體效率的一個因素。一般情況下,因為電源電壓遠遠高于正向壓降,所以可以

44、忽略正向壓降的影響,但對于高低壓驅(qū)動方式中的低壓保持狀態(tài),正向壓降的影響則不能忽略。在低壓、大電流的工作環(huán)境下,我們總是希望二極管的正向壓降越小越好。二極管的時間效應(yīng)要用二極管的“恢復(fù)時間”這一參量來表示。在斬波方式工作的驅(qū)動電源中,對于吸收回路中的二極管,它的工作頻率較高,等于斬波頻率,而且隨著開關(guān)管性能的不斷提高,斬波頻率有愈來愈高的趨勢?！盎謴?fù)時間”表征在高頻下還能正常地起二極管的作用。這個參數(shù)對斬波驅(qū)動電源的設(shè)計起重要作用“。二極管兩端電壓從零躍升到穩(wěn)定的峰值,二極管的電流不能在瞬間從零躍升到穩(wěn)定的峰值,而是逐漸上升,經(jīng)過一段時間,逐漸上升到峰值,從電壓躍升到電流升到穩(wěn)定的峰值間這一段

45、時間,稱為“正向恢復(fù)時間”。反之,二極第18頁管兩端電壓從一個穩(wěn)定值躍降到零,也要經(jīng)過一段時間,電流才逐漸下降為零,從電壓躍降到電流降到零這一段時問,稱為“反向恢復(fù)時間”。需要指出:第,外電壓的躍變假定不需要時間,是瞬變;第二,電壓為零,看作外電源短路,而不是開路。一般地說,正向開通時間極短,在大多數(shù)場合下可忽略不計,而反向恢復(fù)時間則不能忽略,并且這項參數(shù)還至關(guān)重要,說恢復(fù)時間也多指反向恢復(fù)時間,因為如果電流該截止而不能截止,甚至延續(xù)到下一個導(dǎo)通周期,整個電路的工作狀態(tài)就全亂了。a.超快軟恢復(fù)二極管b.肖特基極管c.普通快恢復(fù)二極管圖32三種功率開關(guān)-極管電流反向恢復(fù)波形比較綜合考慮以上各種因

46、素,本驅(qū)動器采用Philips公司生產(chǎn)的BYV32、BYV42第19頁山東大學(xué)碩士學(xué)位論文共陰軟恢復(fù)二極管,它的基本電參數(shù)見表3.1。表3.1正向電流導(dǎo)通壓降反向耐壓恢復(fù)時間器件名稱封裝形式(A(V(V(nSBYV32E 160.520035TO一220BYV42E 250.520035TO一220晶體三極管,除特別指明者外,一般通指雙極型晶體三極管。三極管的基本功能之一是電流放大,也就是說當(dāng)基極電流有變化時,將會引起集電極電流變化;兩個電流變化之比為三極管的動態(tài)放大倍數(shù),其工作狀態(tài)如圖33所示。集電極電流經(jīng)電阻取樣,就成為電壓放大值。“。在現(xiàn)代應(yīng)用中,三極管的放大應(yīng)用愈來愈多地被運放集成電路

47、所取代,只在少數(shù)有特殊要求的分立元件電路中或低成本的簡單電路中還有所使用。三極管還有一個重要作用,就是信號電平的轉(zhuǎn)移和信號電流電壓間的轉(zhuǎn)換,PNP和NPN管的搭配使用可得電流源到上述效果。在電子線路中,PNP管和NPN管相配置可圖3-3以使電路簡化。例如,一個簡單的三級直接耦合放大電路,如果全用NPN管,各級輸出的直流電位工作點將會步步升高,若用輔助電源和分壓,就使電路復(fù)雜化,而且降低電壓增益;如不用輔助電源和分壓器,電路很難正常地工作。但若用NPN管和PNP管交替使用,電路結(jié)構(gòu)便簡單方便。線性電路多是直接耦合的電路,尤其要注意三極管的這一特點。在線性集成電路中,這一特點已在第20頁,f J

48、.1_澆II 一電Llh一極一T 一一豈廣泛地被運用了。這里說轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)換作用,在工作過程中并不排除三極管的放大作用,但在電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計中的主要目的不是用來放大信號,在這種應(yīng)用中,常用小功率管,與電壓放大電路中對三極管的要求沒有明顯差別。在線性電路或開關(guān)電路中,三極管最重要的用途是作為放大管和開關(guān)管。放大作用與開關(guān)作用并不矛盾。只是作為開關(guān)作用時,在驅(qū)動電源的電路中占有特定的地位,在方框圖中是獨立的方框,而且對作為開關(guān)管的三極管的性能參數(shù)也有特定的要求。功率開關(guān)電管大多使用功率較大的三極管。選用開關(guān)管時,首先要注意三個極限參數(shù)。第一,最大允許管耗P。,指全部功耗,P。的主要成分是集電極功率耗散,

49、國內(nèi)資料中多給出最大允許集電極功率耗散P。;第二,最大允許管壓降BV。簡稱耐壓,意為基極開路狀態(tài)下集電極對發(fā)射極的反向耐壓,基極不開路狀態(tài)下耐壓要更高一些;第三,最大允許集電極電流I。三個極限參數(shù)都在手冊中給出。三項即使有一項達到手冊給定值也是不允許的。在電路設(shè)計中,手冊上的極限值不能直接使用,必須乘上一個遠小于1的系數(shù)。例如,國外手冊上三極管BUS51最大允許管耗350W。但得到這個數(shù)據(jù)的實驗包含了實用中無法達到的定殼溫實驗條件,例如水冷無窮散熱;同時,這個實驗也不保證無故障工作時間。國內(nèi)多按一定散熱面積和環(huán)境溫度來規(guī)定允許管耗,這較實用。關(guān)于最大允許管耗,根據(jù)我國電子元件專業(yè)質(zhì)量協(xié)會編寫的

50、電子元器件可靠性實用指南中規(guī)定,三極管在工作中的管耗為0.6 6w的中功率管應(yīng)小于手冊給定值的30%,6W以上的大功率管應(yīng)小于手冊給定值的50%。但這個系數(shù)可能并不保險,如果根據(jù)允許結(jié)溫和散熱條件(實用的來換算允許管耗,可能比上述手冊給定值的50%還要小。關(guān)于最大集電極電流,各家說法不一,這里我們參考國外公司某標準。對于工作于線性回路的晶體管集電極電流,如果不超過手冊給定的最大允許值的20%,這個設(shè)計是完全可接受的;如在20%40%之間,則要仔細進行方案第21頁分析、論證,若超過40%以上,原則上認為設(shè)計不合理;而對工作于開關(guān)狀態(tài)的三極管可適當(dāng)放寬要求,有的用到手冊給定值的60%,甚至更高些。

51、我們對一些正品大功率管進行實測,當(dāng)測到集電極電流大到手冊給定允許值的70%以上時,h,。多已大大降低,功率管幾乎就沒有實用價值了。關(guān)于耐壓BV一般說來,用到手冊記載的最大允許值的50%認為是安全的。有時甚至可用到70%以上?？紤]三極管在工作中承受的耐壓時,必須核對電路的各工作狀態(tài),特別是在開關(guān)電路中,應(yīng)將集電極電壓波形中的“旗桿”狀窄脈沖尖峰的實測峰值考慮進去。晶體管的過電壓擊穿和過電流、超功率損壞機理不同。如果說,工作中電流和功率任何時候不要超過設(shè)計值,超過則可能損壞晶體管,這種損壞還需要一定時間的熱積累,那么,過電壓損壞晶體管是場致?lián)舸?不需時間積累,不論時間多么短瞬的過電壓擊穿,都能導(dǎo)致

52、晶體管的損壞,并且這種損圖3-4害是永久性的,不可恢復(fù)的。三極管的集電極電壓超過耐壓時,最容易產(chǎn)生負阻效應(yīng)。所謂負阻效應(yīng),就是三極管的Ic_一u。曲線中,隨著集電極電流的增加,管壓降驟然降低,如圖34。在開關(guān)電路中,這是損壞晶體管最直接的重要原因,半導(dǎo)體機理中稱之為二次擊穿”。在開關(guān)電路中,我們還特別關(guān)注晶體管的開關(guān)特性,也就是與時間有關(guān)的晶體管參數(shù)。以NPN管為例,假設(shè)在基極注入的驅(qū)動電流波形是方波i。,產(chǎn)生的集電極電流i。的波形在上升時(通和下降時(斷都將有一時間滯后,波形也有變化。由于前后沿細節(jié)的分析涉及半導(dǎo)體內(nèi)部機理,過渡過程又離不開外電路,對于工程實際應(yīng)用而言,精確定量分析它們的過渡

53、過程是沒有必要的。為了定性說明兩電流間的相對時間關(guān)系,我們做以下的假設(shè):第一,忽略I。的前后沿時間;第二,不考慮i。前后沿的變化細節(jié),理想化為梯形波。為清第22頁楚起見,考慮了前后沿的傾斜;第三,i。前后沿的時間按斜線部分的起止點計,不考慮脈沖技術(shù)中按10%到90%幅值計的嚴格定義。簡化之后的三極管的時間特性圖見圖35。參照圖35的波形,i。前沿較i。延遲了。從i。前沿到i。上升到頂?shù)膖。,稱為三極管的上升時間,一般說來,t,不太大。I。后沿延遲了t。+t。,其中t。是從i。的下降沿起到i。開始下降為止的時間,稱為儲存時間,t,是從i。開始下降到底的時間,稱為下降時間。在電路設(shè)計應(yīng)J用中,t。

54、和t,對開關(guān)管的功耗很重要。理想的I|,、“1十一U 開關(guān)工作只有“通”和“斷”兩種狀態(tài)?！巴ā?i態(tài)管壓降只有三極管飽和壓降u。并很小;“斷”態(tài)集電極電流只有漏電流,數(shù)值也甚小;所以管壓降和電流的乘積即總管耗很小,從而形成斬波驅(qū)動低功耗、高效率的特點。但在t。一仨耷。h ttf圖3-5和t,期間,既有電流又有電壓,形成管耗。而且t。和t。相對于開關(guān)周期越長(所占比例越大,每周期功耗積累越大,平均功耗也越大。正是由于這個原因,也限制了開關(guān)周期的減小,即限制了開關(guān)頻率的提高“。由于本驅(qū)動器控制部分需要多組電源電壓,因此決定采用開關(guān)電源穩(wěn)壓供電,開關(guān)功率管選用BU2515AX,該管的典型參數(shù)如下:

55、反向耐BV。o=1500V,最大集電極電流I。=10A,最大功耗P。=IOOW”。(1結(jié)構(gòu)在電力變換和控制裝置中廣泛使用的是雙極型晶體管或晶閘管,這些雙極型的功率器件在高壓、大電流方面顯示出很大優(yōu)點,然而在高速化與低功率驅(qū)動化方面還不行。近年來,隨著功率MOSFET制造工藝的進步和技術(shù)性能的不第23頁斷提高,大功率VMOS管得到了廣泛地應(yīng)用,特別是近期采用了超大規(guī)模集成電路的微細加工工藝和芯片的優(yōu)化設(shè)計,大容量的功率模塊也已產(chǎn)品化、系列化。由于MOSFET管是單極型器件,因此本質(zhì)上具有很高的開關(guān)頻率和極低的功率驅(qū)動的特點。本新型驅(qū)動器的功率輸出管采用的就是美國國際整流公司的IRF640N”“。

56、其結(jié)構(gòu)的斷面如圖36所示,等效電路如圖37所示。G。+6.、霸圖3-6圖37從結(jié)構(gòu)的斷面可看出,溝道是通過p與n的雙重雜質(zhì)擴散而形成的,故稱DMOS。此外,從它的工作原理來看,電流是垂贏走向的,所以這種功率MOSFET 又稱作VDMOS(V表示垂直,而D表示雙重擴散。VMOS管有源(s、柵(G和漏(D三個電極。當(dāng)在它的柵極上加正電壓時,處于柵極下面的硅材料表面感應(yīng)出負電荷,形成n型的反形層,一般稱它為溝道。漏極上加正電壓時,漏電流沿垂直方向通過n+n一層,繼續(xù)經(jīng)過溝道向源極流去。采用VDMOS結(jié)構(gòu)可以制成高耐壓、大電流和通態(tài)電阻小的功率器件。功率MOSFET的外形與雙極型晶體管的封裝外形一樣,

57、也采用TO一92、TO220、TO3P等的樹脂封裝和TO一3金屬外殼密封等。另外,與雙極型晶體管模塊一樣,將多個功率MOSFET芯片按特定連線安排在絕緣基片上,然后放入樹脂外殼內(nèi)構(gòu)成模塊。IRF640圖38第24麗山東大學(xué)碩士學(xué)位論文采用TO220封裝,外形如圖38所示。(2特點常規(guī)的雙極型晶體管,從本質(zhì)上講是一種電流型驅(qū)動器件,通過向基極層區(qū)注入少數(shù)載流子進行調(diào)制而改變集電極電流。與此不同,MOSFET是一種電壓控制的功率器件,屬于場控形式。只要在源一柵極之間加上一定的電壓,就能產(chǎn)生流過漏極的電流,如圖39所示。柵極由一層很薄的氧化硅膜實現(xiàn)同源極的電隔離,當(dāng)柵極上加一定的直流電壓時,不會產(chǎn)生柵極電流,輸入阻抗很高。由于柵一源極間加上了電壓,MOSFET內(nèi)部就建起了漏一源極間進行電阻調(diào)制的電場,并當(dāng)漏極上加電壓時,就會出現(xiàn)漏極電流。因此,MOSFET稱為多子器件,不存在少子存儲現(xiàn)象,它的開關(guān)速度很高,非常適于在高頻