基于CNC 線切割步進電機功放電路的設計制作

裴忠誠PEI Zhong-cheng

（蘇州經貿職業技術學院，蘇州 215009）

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

0 引言

線切割機床屬電加工范疇，步進功放在電火花線切割系統中的重要性不言而喻。步進電機不能直接接到直流電源上工作，必須由專門的驅動電源以及放大設備共同工作才可以保證電機的正常運轉，驅動電源和步進電機是一個有機的整體，步進電機的運行性能是步進電機及其驅動，放大設備配合工作的綜合表現。步進電機驅動電源的基本部分包括變頻信號源、脈沖分配器和脈沖功率放大器。

在步進驅動的基本構成中，功率放大器是必不可少的一部分，由控制卡發出的已調信號功率很小，需要經過功率放大器才能獲得足夠的功率來驅動步進電機。步進功放性能的好壞直接影響步進電機的性能，以至于影響到線切割整個系統的運行穩定性。

1 步進功放電路基本框圖

如圖1 所示，是放大電路二端網絡框圖。該電路框圖分為三個部分：信號源、放大電路和負載。Rs為信號源內阻，us為信號源等效電壓。放大電路的輸入端可等效為一個輸入電阻Ri，ui為放大電路的輸入電壓，ii為輸入電流，放大電路的輸入端可等效為一個電壓源，Ri為負載電阻。

圖1 步進功放電路二端口網絡框圖

2 步進功放電路的原理

步進功放原理圖是由16 個相同模塊組成，圖2 就是步進功放中一個模塊圖。步進功放的作用就是放大作用，里面的場效應管是最重要的一部分，依靠場效應管來進行放大；電阻的作用就是限流；LED 燈代表指示信號；二極管在這里起到保護的作用，當步進功放的負載突然增大時，流過漏極的電流id會突然變大，為了防止場效應管燒壞，二極管的單向導電性阻斷大電流流入場效應管中。

圖2 步進功放原理圖模塊圖

3 步進功放電子板制作過程

3.1 建立Protel 原理圖設計環境 啟動Protel 軟件，選好原理圖儲存的路徑，填寫基本信息，如文件名稱，原理圖名稱等。建立原理圖設計環境，設置紙張大小顏色等。

步進功放原理圖是由十六個同樣的模塊組合而成，先畫一個模塊，其余的復制黏貼即可。步進功放用到的材料如表1 所示。

表1 元器件基本信息

①根據表1 搜索元器件，按順序放置，用導線連接好，并把元器件的數據填寫完整，調整好元器件的位置，如圖2 所示。②輸入信號使用25 孔的插槽，如圖3 所示。③復制模塊圖，黏貼十六份，改掉代號，并連線，如圖4 所示。④注意事項：1）黏貼十六個模塊后，把元器件的名稱以及引腳等信息改掉，否則后續的制作將產生錯誤。2）總線網絡標號要放置正確。

圖3 25 孔插槽

圖4 步進功放原理圖

3.2 生成網絡表 網絡表是電路原理圖或印制電路板圖元件連接關系所對應的文本文件，當原理圖設計繪制完成后，可生成網絡表。舉例說明網絡表的作用。

①元件描述

②網絡連接描述

3.3 使用向導產生電路板 利用系統的向導設置電路板的參數，形成一個具有基本框架的PCB 文件。設置電路板的大小、層數，走線之間的距離等參數，步進功放板的大小為177mm×203mm。

3.4 PCB 板的制作 ①首先規劃電路板，設置為單面板，走線的寬度為1mm。②加載網絡表。Design→load nets，加載完畢，系統會檢查里面的錯誤，并有提示。注意如果焊盤的標號沒有和原來圖上的標號對應，會出現“node not found”錯誤信息。圖5 代表網絡表加載正確。③將元器件加載到PCB 板，各個元器件按照要求布置，使其美觀好看，如圖6 所示。④設置自動布線設計規則，利用Protel 提供的布線器進行自動布線，使用全局布線。執行完畢，出現如圖7 所示電路板，完成了步進功放PCB 板。

4 完成制作

通過焊接技術把所有的元器件安裝在加工好的步進功放電子板上，完成的步進功放電子板如圖8 所示。

圖8 步進功放電子板

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