步进电机驱动方式的分类及比较

1、步进电机驱动方式的分类及比较步进电机驱动方式的分类及比较：步进 电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波 驱动方式和细分驱动方式。以下是这几种驱动方式的简介及比较。1恒电压驱动方式1 . 1单电压驱动单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电。如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态，若忽略其饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上。当 In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。图2单电压驱动原理图图3高低压驱动原理图Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而D和电阻Rd,为绕组电流提供一个泄放

2、回路，成本低、可靠性高。但是由于串入电阻后,为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻 产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管 也称“续流回路”。单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、 功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。2 . 2高低压驱动为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率， 出现了高低压驱动方式。如图3所示,Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。高

3、低压驱动可获得较好的高频特性，但是由于高压管的导通时间不变， 在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠 性降低，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。2恒电流斩波驱动方式3 . 1自激式恒电流斩波驱动图4为自激式恒电流斩波驱动框图。把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D/A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。从理论上讲，自激式恒 电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值。但由于斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的 浪涌电压，因而对控制电路产生很大的干扰，

4、容易产生振荡，可靠性大大降低。图4自激式恒电流斩浪驱动框图4 . 2它激式恒电流斩波驱动为了解决自激式斩波频率可变引起的浪涌电压问题， 可在D触发器加一个固定频率的时钟。 这样基 本上能解决振荡问题，但仍然存在一些问题。比如：当比较器输出的导通脉冲刚好介于D触发器的2个时钟上升沿之间时，该控制信号将丢失，一般可通过加大 D触发器时钟频率解决。5 细分驱动方式这是本文讨论的重点， 也是该系统采用的驱动方法。 细分驱动最主要的优点是步距角变小， 分辨率 提高，且提高了电机的定位精度、启动性能和高频输出转矩；其次，减弱或消除了步进电机的低频振动， 降低了步进电机在共振区工作的几率。可以说细分驱动技术

5、是步进电动机驱动与控制技术的一个飞跃。细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除，而是只改变相应绕组中电流的一部 分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分。细分驱动时，绕组电流不是一个方波而是阶梯波，额定 电流是台阶式的投入或切除。比如：电流分成n个台阶，转子则需要 n次才转过一个步距角，即 n细分，111 *11111i1，I*iiat1.141 * !Lo01111111111I11111k-1H， 41I|r14* 1tai* _. * -T11|1r tA ftI 1V 1I 1t* ii1t I * 巾 I i* 4 4iV A I i| 中 A i图5 二相电机

6、4细分电流阶梯波如图5所不。一般的细分方法只改变某一相的电流，另一相电流保持不变。如图5所示，在O。45。，Ia保持不变，Ib由O逐级变大；在4590 , Ib保持不变，Ia由额定值逐级变为0。该方法的优点是控制较 为简单，在硬件上容易实现；但由图6所示的电流矢量合成图可知，所合成的矢量幅值是不断变化的，输出力矩也跟着不断变化，从而引起滞后角的不断变化。当细分数很大、微步距角非常小时，滞后角变化的 差值已大于所要求细分的微步距角，使得细分实际上失去了意义。这就是目前常用的细分方法的缺陷，那么有没有一种方法让矢量角度变化时同时保持幅值不变呢？由上面分析可知，只改变单一相电流是不可能的，那么同时改

7、变两相电流呢？即匕、Ib以某一数学关系同时变化，保证变化过程中合成矢量幅值始终不变。基于此，本文建立一种“额定电流可调的等角度恒力矩7所示，随着 A B两相相电流Ia、Ib的细分”驱动方法，以消除力距不断变化引起滞后角的问题。如图 合成矢量角度不断变化，其幅值始终为圆的半径。图6二相电机相电流矢合成图图7电流可控的等角度恒力矩细分下面介绍合成矢量幅值保持不变的数学模型：当Ia=Im cosx , Ib=Im sinx时（式中Im为电流额定值，Ia、Ib为实际的相电流，x由细分数决定），其合成矢量始终为圆的半径，即恒力距。等角度是指合成的力臂每次旋转的角度一样。额定电流可调是指可满足各种系列电机的要求。例如,86系列电机的额定电流为 68 A ,而57系列电机一般不超过 6 A ,驱动器有各种档位电流可供选择。细 分为对额定电流的细分。为实现