音圈电机直流驱动电路设计作者：邵琳达赵英伟来源：《科技创新与应用》2016年第24期摘要：根据音圈电机的特点，文章设计了一种音圈电机直流驱动电路。该电路基于反相放大的原理，实现了对驱动信号的双倍放大，增加了放大倍数。同时，设计了电压保护电路以消除电机反电动势对电路本身的影响，防止损坏电路。为避免驱动电压过大对电机造成损坏，设计了电流监控模块。当驱动电流过大时，即让电机停止工作，以起到保护电机的效果。实验结果表明，该电路可有效实现对电机的驱动，并已经成功用于音圈电机的控制系统中。关键词：音圈电机；直流驱动电路；电压保护；电流监控作为一种直线运动电机，音圈电机具有推力大、行程远、体积小、运动连续的特点［1］［2］，采用合适的闭环控制方式和高精度的位移传感器可以使运动精度达到微米量级［3］。现广泛应用于二维精密定位［4］，系统隔振［5］以及光学振动台［6］的设计中。音圈电机种类繁多，主要包括直线型与曲线型两种方式［1］。由于与其他形式的电机区别较大［7］［8］［9］，通用的电机驱动器无法满足音圈电机的应用需求。另外，音圈电机是一种功率型器件，需要驱动系统为其提供强大的功率，所以需要针对音圈电机的特点为其设计专用的驱动模块。音圈电机的驱动方式主要包括：直流驱动以及PWM方式驱动。PWM驱动方式目前是一种比较常见的电机驱动方式。但是，这种方式通常需要专用的芯片，价格较高［10］［11］。另外，这种工作方式下的输入输出信号不满足线性关系，会增加控制器的设计难度。而直流驱动的方式则简单直观，价格便宜，且输入输出信号满足线性关系，可以简化控制器的设计。文章针对音圈电机的特点设计了一种直流驱动电路，并对电路的原理进行了详细介绍。同时，设计了相应的电流监控模块以及保护电路，保障了电机及电路的正常工作。1音圈电机直流驱动电路原理简介音圈电机直流驱动电路的原理框图如图1所示。中的控制信号X(t)，设计范围为-5V~+5V。X(t)直接控制了音圈电机动子的运动速度以及运动方向。将控制信号X(t)输入到反相输入比例运算电路，控制信号将被放大Aufl倍，则反相放大器1的输出信号为(l)将信号Uol分成两路，分别接在音圈电机的正端和反相放大器2上。则反相放大器2的输出信号为UO2=Auf2UO1=Auf1Suf2X（t）（2）通过电路的设计使得反相放大器2的放大系数为-1,即Aufl=-1，则有UO2-Auf1Auf2X（t）=-Auf1X（t）（3）将Uo2接到音圈电机负端，那么音圈电机两极之间的电压差为U=2|Auf1|X（t）（4）电压差U即为驱动音圈电机的电压。设计时需要注意的是，该电压U要小于音圈电机所能承受的最大电压。以BEI公司生产的LA28-13-000A型音圈电机为例，其在最大推力条件下的驱动电压为29.7V,电流为6.19A。因此在设计时需注意，音圈电机两极间所允许的最大电压差不超过29.7V，即音圈电机单端最大电压不超过±14.35V。通常，出于安全的考虑，需留有一定裕量，取单端最大电压为±12V。当连接在音圈电机两端的电压差值发生变化时，音圈电机动子的运动速度及方向也随之变化。2驱动电路的组成音圈电机直流驱动电路主要包括三部分：反向输入比例运算电路、电流监控模块以及电路保护模块。其中，电流监控模块用以实时监测音圈电机中电流的大小，防止电流过大对电机造成损坏，而电路保护模块主要克服反电动势对驱动电路的影响。2.1反相输入比例运算电路反相输入比例运算电路是一种电压并联负反馈电路。其基本电路如图2（a）所示。根据“虚短”“虚断”和“虚地”的概念，因此，反相放大器的放大系数为该电路的输入、输出电阻分别为Ri=R1，Ro=0（6）由于反相放大器的输入端是整个驱动电路的输入端，因此，有必要在运算放大器的反相端加一个滤波电容C1和电阻R2，用以滤除控制信号中的高频噪声的影响，如图2（b）所示。集成运放的输入级是差动放大电路，考虑到两输入回路参数对称，需要在同相输入端加补偿电阻RO=R1//Rf。2.2电路过压保护模块为了使得电路不受音圈电机反电动势影响，需将音圈电机两端的反电势控制在一定的范围之内，设计如图3虚框中所示的保护电路。反相输入比例运算电路中的运算放大器采用±12V供电。当音圈电机的反电动...
