高性能超声电机驱动及控制电路的研制
行时钟线，只是采用不同的数据更新控制线FQ-UD。
尽管11.25度的相位控制精度在应用中已基本满足需求，但考虑到实验研究的需要，可能需要更高的相位控制精度（如1度左右）。这一点可以通过以下两种方法来实现：
一是通过改变两路数据更新线FQ-UD间上升沿的延时来实现。考虑到单片机
的定时精度约为0.2μs，这一方法在信号频率为50kHz时可以达到3.6度的相位控制精度。
二是通过短时间内改变两路信号的频率一致性，使得其中一路的频率比另一路偏高几赫兹来实现的。这种方法的原理与高频通讯中通过调频的方法实现调相的原理基本相同，可以实现优于0.1度的相位控制精度。例如：两路信号中的一路频率为50kHz，另一路为50.001kHz。开始时两路相位相同，200μs（即10个周期）后两路相位差变为10×360/50000=0.072度。
2.3信号隔离单元
考虑到信号的放大部分电压较高（约为260V），而且信号发生部分还需要和计算机接口，为保证电路能完全可靠地工作，在信号发生单元和放大单元间加入了一级信号隔离单元。该单元使用一片HP2531高速光耦作信号传递元件。该光耦具有3MHz的带宽，内带两路独立的光耦，在1kHz～300kHz间作为线性光耦使用具有较好的线性度。在光耦的输入端还加了一级三极管射极跟随电路，从而保证光耦输入端的电流处于较佳的工作点上（参见图4）。
图4信号隔离单元
2.4信号放大单元
该单元采用两片PA08系列高压运放[3]。这种芯片采用8脚TO3封装，可以在±15V～±150V电源范围内工作，输出电流可达±150mA，1MHz处的增益带宽积为5MHz。该芯片在使用上与普通运放基本没有差别，只是考虑到超声电机的负载特性，在电路中加上了耐压200V以上的超快恢复二极管，对运放的输出端加以保护，防止电路谐振时产生的反向电压超出芯片的极限压差300V。此外，谝芯片通过外接两枚电阻（图5中的R7、R8）对输出电流加以限制，实现对电路的保护作用。电路使用的高压电源直接由220V交流市电整流产生，通过两枚130V的稳压管和串连在回路中的功率电阻向高压运放提供工作电源。输出信号的幅度可以方便地通过改变运放的增益系数实现（调节图5中的电位器R11即可）。
2.5温度传感器单元
温度传感器部分采用两种方案：
一种是使用MAX6656[4]。该芯片共提供3路温度传感器，片内一路，片外两路，温度分辨率为0.125。此外，该芯片还提供3路电压监测以及温度、电压的超限报警。数据的传送采用I2C总线。电路通过在片外接两枚SOT23封装的PNP三极管2N3904来实现对超声电机机壳温度的两点采集，采集的结果由单片机处理后送PC机进行监测处理。
另一种是采用LM74温度传感器[5]。该款温度传感器采用SO-8封装，可直接将温度传感器贴在电机机壳上。该温度传感器的分辨率为0.0625℃,而且由于是直接将温度进行A/D量化后通过SPI总线传输，因而不受一般外接导线电阻以及电路布线、干扰的影响。使用该芯片唯一的不足是需要从电路板上引出4～5根连线，不如前一种方案中两根连线（实际选用的是2mm细同轴电缆）方便。
3日本新生公司的超声电机驱动及控制电路简介
新生公司的超声电机驱动电路能够输出两路频率在50kHz附近、相位差90度的正弦信号，通过频率微调的方式调节超声电机的转速，由外置的开关控制电机的启动和运转方向。此外还能通过电机上预留的反馈极实现频率小范围的自动跟踪。该电路除功率驱部分和变压器外，大部分单元已经集成到新生公司定制的集成电路缺点在于信号的相位固定，信号电压的调节也不方便，此外电机没有预留出较灵活的控制接口，电机的控制策略也较简单。由于大部分的超声电机并未设置专门的反馈极，所以该电路一般只适合于该公司的特定系列的超声电机。此外，由于该电路使用24V直流电压供电，因此使用中还需要专门配备一功率不小于10W的整流电源，使用起来不方便。
4实验测试
实验使用20MHz有源晶振作为单片机和DDS共用的时钟源。本文设计的电路可以在20kHz～300kHz范围内产生两路稳定的工弦波，信号峰-峰值最高可达250V，两路最大输出功率之和约为5W。在驱动新生公司USR30型超声电机时，输出信号频率随电机温度在50.1kHz～49.2kHz间变化（温度升高驱动频率降低），Vpp= 《高性能超声电机驱动及控制电路的研制(第2页)》
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尽管11.25度的相位控制精度在应用中已基本满足需求，但考虑到实验研究的需要，可能需要更高的相位控制精度（如1度左右）。这一点可以通过以下两种方法来实现：
一是通过改变两路数据更新线FQ-UD间上升沿的延时来实现。考虑到单片机
的定时精度约为0.2μs，这一方法在信号频率为50kHz时可以达到3.6度的相位控制精度。
二是通过短时间内改变两路信号的频率一致性，使得其中一路的频率比另一路偏高几赫兹来实现的。这种方法的原理与高频通讯中通过调频的方法实现调相的原理基本相同，可以实现优于0.1度的相位控制精度。例如：两路信号中的一路频率为50kHz，另一路为50.001kHz。开始时两路相位相同，200μs（即10个周期）后两路相位差变为10×360/50000=0.072度。
2.3信号隔离单元
考虑到信号的放大部分电压较高（约为260V），而且信号发生部分还需要和计算机接口，为保证电路能完全可靠地工作，在信号发生单元和放大单元间加入了一级信号隔离单元。该单元使用一片HP2531高速光耦作信号传递元件。该光耦具有3MHz的带宽，内带两路独立的光耦，在1kHz～300kHz间作为线性光耦使用具有较好的线性度。在光耦的输入端还加了一级三极管射极跟随电路，从而保证光耦输入端的电流处于较佳的工作点上（参见图4）。
图4信号隔离单元
2.4信号放大单元
该单元采用两片PA08系列高压运放[3]。这种芯片采用8脚TO3封装，可以在±15V～±150V电源范围内工作，输出电流可达±150mA，1MHz处的增益带宽积为5MHz。该芯片在使用上与普通运放基本没有差别，只是考虑到超声电机的负载特性，在电路中加上了耐压200V以上的超快恢复二极管，对运放的输出端加以保护，防止电路谐振时产生的反向电压超出芯片的极限压差300V。此外，谝芯片通过外接两枚电阻（图5中的R7、R8）对输出电流加以限制，实现对电路的保护作用。电路使用的高压电源直接由220V交流市电整流产生，通过两枚130V的稳压管和串连在回路中的功率电阻向高压运放提供工作电源。输出信号的幅度可以方便地通过改变运放的增益系数实现（调节图5中的电位器R11即可）。
2.5温度传感器单元
温度传感器部分采用两种方案：
一种是使用MAX6656[4]。该芯片共提供3路温度传感器，片内一路，片外两路，温度分辨率为0.125。此外，该芯片还提供3路电压监测以及温度、电压的超限报警。数据的传送采用I2C总线。电路通过在片外接两枚SOT23封装的PNP三极管2N3904来实现对超声电机机壳温度的两点采集，采集的结果由单片机处理后送PC机进行监测处理。
另一种是采用LM74温度传感器[5]。该款温度传感器采用SO-8封装，可直接将温度传感器贴在电机机壳上。该温度传感器的分辨率为0.0625℃,而且由于是直接将温度进行A/D量化后通过SPI总线传输，因而不受一般外接导线电阻以及电路布线、干扰的影响。使用该芯片唯一的不足是需要从电路板上引出4～5根连线，不如前一种方案中两根连线（实际选用的是2mm细同轴电缆）方便。
3日本新生公司的超声电机驱动及控制电路简介
新生公司的超声电机驱动电路能够输出两路频率在50kHz附近、相位差90度的正弦信号，通过频率微调的方式调节超声电机的转速，由外置的开关控制电机的启动和运转方向。此外还能通过电机上预留的反馈极实现频率小范围的自动跟踪。该电路除功率驱部分和变压器外，大部分单元已经集成到新生公司定制的集成电路缺点在于信号的相位固定，信号电压的调节也不方便，此外电机没有预留出较灵活的控制接口，电机的控制策略也较简单。由于大部分的超声电机并未设置专门的反馈极，所以该电路一般只适合于该公司的特定系列的超声电机。此外，由于该电路使用24V直流电压供电，因此使用中还需要专门配备一功率不小于10W的整流电源，使用起来不方便。
4实验测试
实验使用20MHz有源晶振作为单片机和DDS共用的时钟源。本文设计的电路可以在20kHz～300kHz范围内产生两路稳定的工弦波，信号峰-峰值最高可达250V，两路最大输出功率之和约为5W。在驱动新生公司USR30型超声电机时，输出信号频率随电机温度在50.1kHz～49.2kHz间变化（温度升高驱动频率降低），Vpp= 《高性能超声电机驱动及控制电路的研制(第2页)》
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