微型步进电机及普通恒频脉宽调制细分电路

微电机

微电机是微机电系统中的关键执行部件。随着电子技术和精密加工技术研究的深入,微电机正朝着微型化、多功能化和模块化方向发展。同时,微电机材料也不局限于微电子技术中常用的硅,也包括陶瓷、金属、复合材料等。如何将这些微小的、材料和性能各异的零件可靠地装配成完整的微电机产品,是微电机制造中重要的工艺过程。除了必要的装配机器人和操作手外,连接技术是整个装配过程中的核心部分。

胶接是使用胶粘剂把零件连接起来,并且零件表面不熔化的工艺 。相对于微焊接、固相键合等微连接方法,微胶接具有以下几个优点: ①应用范围广,能够胶接同种或不同种材料的零件; ②低的固化温度,可以避免高温环境对微零件造成的尺寸变化、应力不均甚至性能破坏等影响; ③高的固化强度和均匀的应力分布; ④易于实现密封、传导或绝缘等附加功能。

微型步进电机

微型步进电机的基本结构如图1 所示。电机主要由基体、动子和直线导轨组成。基体同时也充当定子的作用,在其表面有磁极、定子齿、线圈和控制电路;动子位于定子的上方,在其下表面有动子齿;导轨的作用相当于直线轴承,使动子保持在适当的位置。在导轨和动子上方有密封用的壳体,动子通过气隙与周围元件相隔。基体设计尺寸为10mm ×4mm ×1mm ,导轨尺寸为8mm ×1mm ×1mm。基体和导轨采用单晶硅材料,通过胶接装配在一起。

对胶接装配质量的要求如下: ①两根导轨在动子运动方向上保持平行; ②由于胶粘剂的存在,导轨高度增加不超过10μm; ③导轨与基体表面保持平行; ④功能区表面不被胶粘剂污染。为此,在基体表面划分出胶接区用以点胶,胶接区尺寸为900μm ×900μm。

恒频脉宽调制细分电路

斩波恒流电路用于细分驱动时, 需要进行改进, 用一个阶梯电压来代替给定电压uc, 这样就可以得到阶梯电流。在斩波恒流细分电路中, 一种常用的电路为恒频脉宽调制细分电路, 如图5 所示, 其工作原理如下:

当D/A 转换器输出ua 不变时, 恒频信号CLK 的上升沿使D 触发器输出高电平ub, 开关T 导通, 绕组中电流上升, 传感器输出电压增加到大于ua 时, 比较器输出低电平, 使D 触发器输出高电平, T 导通, 绕组中电流重新上升。这样的过程反复进行, 绕组电流波顶呈锯齿形。因为CLK 频率较高( 20KHz) , 锯齿波波纹很小。当ua 上升突变时, 取样电阻上压降小于ua, 电流有较长的上升时间, 电流幅值大幅增长, 上升了一个阶级, 如图6 所示。

同样, 当ua 下降突变时, 取样电阻的压降有较长时间大于ua, 比较器输出低电平, CLK 的上升沿立即使D 触发器的输出高电平清零。电源始终被切断, 使电流大幅下降, 到新的阶级为止。以上过程重复进行, ua 的每一次突变, 就会使转子转过一个细分部。而电压参考值由数字信号设定, 十分适合于微机控制。