基于CNC 线切割步进电机功放电路的设计制作

裴忠诚PEI Zhong-cheng

（苏州经贸职业技术学院，苏州 215009）

（Suzhou Institute of Trade &Commerce，Suzhou 215009，China）

0 引言

线切割机床属电加工范畴，步进功放在电火花线切割系统中的重要性不言而喻。步进电机不能直接接到直流电源上工作，必须由专门的驱动电源以及放大设备共同工作才可以保证电机的正常运转，驱动电源和步进电机是一个有机的整体，步进电机的运行性能是步进电机及其驱动，放大设备配合工作的综合表现。步进电机驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲功率放大器。

在步进驱动的基本构成中，功率放大器是必不可少的一部分，由控制卡发出的已调信号功率很小，需要经过功率放大器才能获得足够的功率来驱动步进电机。步进功放性能的好坏直接影响步进电机的性能，以至于影响到线切割整个系统的运行稳定性。

1 步进功放电路基本框图

如图1 所示，是放大电路二端网络框图。该电路框图分为三个部分：信号源、放大电路和负载。Rs为信号源内阻，us为信号源等效电压。放大电路的输入端可等效为一个输入电阻Ri，ui为放大电路的输入电压，ii为输入电流，放大电路的输入端可等效为一个电压源，Ri为负载电阻。

图1 步进功放电路二端口网络框图

2 步进功放电路的原理

步进功放原理图是由16 个相同模块组成，图2 就是步进功放中一个模块图。步进功放的作用就是放大作用，里面的场效应管是最重要的一部分，依靠场效应管来进行放大；电阻的作用就是限流；LED 灯代表指示信号；二极管在这里起到保护的作用，当步进功放的负载突然增大时，流过漏极的电流id会突然变大，为了防止场效应管烧坏，二极管的单向导电性阻断大电流流入场效应管中。

图2 步进功放原理图模块图

3 步进功放电子板制作过程

3.1 建立Protel 原理图设计环境 启动Protel 软件，选好原理图储存的路径，填写基本信息，如文件名称，原理图名称等。建立原理图设计环境，设置纸张大小颜色等。

步进功放原理图是由十六个同样的模块组合而成，先画一个模块，其余的复制黏贴即可。步进功放用到的材料如表1 所示。

表1 元器件基本信息

①根据表1 搜索元器件，按顺序放置，用导线连接好，并把元器件的数据填写完整，调整好元器件的位置，如图2 所示。②输入信号使用25 孔的插槽，如图3 所示。③复制模块图，黏贴十六份，改掉代号，并连线，如图4 所示。④注意事项：1）黏贴十六个模块后，把元器件的名称以及引脚等信息改掉，否则后续的制作将产生错误。2）总线网络标号要放置正确。

图3 25 孔插槽

图4 步进功放原理图

3.2 生成网络表 网络表是电路原理图或印制电路板图元件连接关系所对应的文本文件，当原理图设计绘制完成后，可生成网络表。举例说明网络表的作用。

①元件描述

②网络连接描述

3.3 使用向导产生电路板 利用系统的向导设置电路板的参数，形成一个具有基本框架的PCB 文件。设置电路板的大小、层数，走线之间的距离等参数，步进功放板的大小为177mm×203mm。

3.4 PCB 板的制作 ①首先规划电路板，设置为单面板，走线的宽度为1mm。②加载网络表。Design→load nets，加载完毕，系统会检查里面的错误，并有提示。注意如果焊盘的标号没有和原来图上的标号对应，会出现“node not found”错误信息。图5 代表网络表加载正确。③将元器件加载到PCB 板，各个元器件按照要求布置，使其美观好看，如图6 所示。④设置自动布线设计规则，利用Protel 提供的布线器进行自动布线，使用全局布线。执行完毕，出现如图7 所示电路板，完成了步进功放PCB 板。

4 完成制作

通过焊接技术把所有的元器件安装在加工好的步进功放电子板上，完成的步进功放电子板如图8 所示。

图8 步进功放电子板

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