步进电动机的驱动方法的介绍

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：表7.3所列为三相六拍脉冲代码，按正、反转要求顺次提取代码，通过接口输出脉冲，改变读取一次数据的时间间隔，可以控制步进电动机转速。图7.8 单电压驱动电路1）单电压驱动电路。高、低压驱动电路采用两路电源供电，如图7.9所示，高压U1一般为80V，低压U2为步进电动机额定电压，一般为20V以下。恒流斩波驱动绕组电流上升快、边沿陡，响应好，功耗小，输出转矩稳定，并可减少步进电动机的共振现象发生。

步进电动机驱动电路是将脉冲信号变换成具有一定功率的电流脉冲，一般由脉冲分配、功率放大两部分组成，如图7.6所示，对驱动电路要求是能提供一定幅值、前后沿较好的脉冲电流。

图7.6 步进电动机控制电路原理

1.脉冲分配

步进电动机绕组随相数不同通电方式有多种，见表7.2，脉冲分配的要求不同，见表7.3，实现脉冲分配的方法有三种。

1）由双稳态触发器组成环形脉冲分配器。图7.7所示为由三个双稳态触发器C1/C2/C3组成的三相六拍环形脉冲分配器。

图7.7 双稳态触发器组成的三相六拍环形脉冲分配器

2）采用专用环形分配器模块。现在市售步进电动机专用模块很多，功能齐全，使用方便。这些模块有用于二相步进电动机的L297、PMM8713，用于三相步进电动机的CH250和用于五相步进电动机的PMM8714等。

3）采用软件，利用查表或计算实现脉冲分配。表7.3所列为三相六拍脉冲代码，按正、反转要求顺次提取代码，通过接口输出脉冲，改变读取一次数据的时间间隔，可以控制步进电动机转速。软件循环脉冲分配不需要硬件模块，成本低，尤其对多相步进电机更是方便。

表7.2 反应式步进电动机通电方式

表7.3 三相六拍脉冲分配

2.功率驱动

计算机输出脉冲和环形分配器模块输出脉冲功率很小，不能满足步进电动机电压和电流要求，需要进行功率放大。由于现在脉冲分配和功率放大都集成在步进电动机控制器中，因此这里只是扼要介绍一些驱动电路的特点，主要是步进电动机定子绕组有电感，电感在通电时会影响电流的上升速度，在断电时会激发高的感应电动势，需要有保护措施。

图7.8 单电压驱动电路

1）单电压驱动电路。单电压驱动电路如图7.8所示。图中，L是步进电动机一相绕组，R为外串限流电阻，由功率开关管VT控制绕组L的通电和断电。一相绕组的时间常数为L/R，为了提高电流的上升率，在电阻R上并联了电容C。电阻R₁、电容C₁和二极管VD₁组成过电压吸收电路，在VT关断时为绕组L提供放电回路，防止产生关断过电压。单电压驱动电路只用一路电源U，结构简单，缺点是绕组通电时电流上升速度慢，高频时负载能力低。

2）高、低压驱动电路。高、低压驱动电路采用两路电源供电，如图7.9所示，高压U₁一般为80V，低压U₂为步进电动机额定电压，一般为20V以下。在输入脉冲信号来到时，VT₁和VT₂同时导通，步进电动机绕组L得电，电压为U₁，在高压U₁作用下可以提高电流上升率；当电流上升到规定值时，采样电阻R_c上的电压信号经高压控制电路使VT₁关断（VT₁导通时间为t_H），绕组L改由低压U₂供电。高、低压驱动电路有较陡的电流前沿，在较宽的频率范围内有较大的电流，能产生较大的稳定的转矩。

3）恒流斩波驱动电路。恒流斩波驱动电路如图7.10所示，仍采用双电源驱动，但是绕组L不串电阻，因此VT₁和VT₂导通时电流的上升率高。当电流达到规定值时，采样电阻R_c上的反馈信号经整形、放大后使VT₁关断，电路由低压电源供电。在低压U₂供电时，绕组电流下降，当电流降到额定值时，采样电阻R_c反馈信号使整形电路无信号输出，输入脉冲经控制门和高压前置放大器使VT₁又导通。如此反复作用，VT₁的导通关断（斩波）使绕组电流近似恒定。恒流斩波驱动绕组电流上升快、边沿陡，响应好，功耗小，输出转矩稳定，并可减少步进电动机的共振现象发生。

图7.9 高、低压驱动电路

图7.10 恒流斩波驱动电路

步进电动机的驱动方法的介绍

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