步進電機驅(qū)動方式的分類及比較

1、步進電機驅(qū)動方式的分類及比較步進電機驅(qū)動方式的分類及比較：步進 電機驅(qū)動方法的分類主要有恒電壓驅(qū)動方式、恒電流斬波 驅(qū)動方式和細分驅(qū)動方式。以下是這幾種驅(qū)動方式的簡介及比較。1恒電壓驅(qū)動方式1 . 1單電壓驅(qū)動單電壓驅(qū)動是指在電機繞組工作過程中，只用一個方向電壓對繞組供電。如圖2所示，L為電機繞組，VCC為電源。當輸入信號In為高電平時，提供足夠大的基極電流使三極管T處于飽和狀態(tài)，若忽略其飽和壓降，則電源電壓全部作用在電機繞組上。當 In為低電平時，三極管截止，繞組無電流通過。圖2單電壓驅(qū)動原理圖圖3高低壓驅(qū)動原理圖Rc；為防止關斷T時繞組電流變化率太大，而D和電阻Rd,為繞組電流提供一個泄放

2、回路，成本低、可靠性高。但是由于串入電阻后,為使通電時繞組電流迅速達到預設電流，串入電阻 產(chǎn)生很大的反電勢將T擊穿，在繞組的兩端并聯(lián)一個二極管 也稱“續(xù)流回路”。單電壓功率驅(qū)動電路的優(yōu)點是電路結構簡單、元件少、 功耗加大，整個功率驅(qū)動電路的效率較低，僅適合于驅(qū)動小功率步進電機。2 . 2高低壓驅(qū)動為了使通電時繞組能迅速到達設定電流，關斷時繞組電流迅速衰減為零，同時又具有較高的效率， 出現(xiàn)了高低壓驅(qū)動方式。如圖3所示,Th、T1分別為高壓管和低壓管，Vh、V1分別為高低壓電源，Ih、I1分別為高低端的脈沖信號。在導通前沿用高電壓供電來提高電流的前沿上升率，而在前沿過后用低電壓來維持繞組的電流。高

3、低壓驅(qū)動可獲得較好的高頻特性，但是由于高壓管的導通時間不變， 在低頻時，繞組獲得了過多的能量，容易引起振蕩?？赏ㄟ^改變其高壓管導通時間來解決低頻振蕩問題，然而其控制電路較單電壓復雜，可靠 性降低，一旦高壓管失控，將會因電流太大損壞電機。2恒電流斬波驅(qū)動方式3 . 1自激式恒電流斬波驅(qū)動圖4為自激式恒電流斬波驅(qū)動框圖。把步進電機繞組電流值轉化為一定比例的電壓，與D/A轉換器輸出的預設值進行比較，控制功率管的開關，從而達到控制繞組相電流的目的。從理論上講，自激式恒 電流斬波驅(qū)動可以將電機繞組的電流控制在某一恒定值。但由于斬波頻率是可變的，會使繞組激起很高的 浪涌電壓，因而對控制電路產(chǎn)生很大的干擾，

4、容易產(chǎn)生振蕩，可靠性大大降低。圖4自激式恒電流斬浪驅(qū)動框圖4 . 2它激式恒電流斬波驅(qū)動為了解決自激式斬波頻率可變引起的浪涌電壓問題， 可在D觸發(fā)器加一個固定頻率的時鐘。 這樣基 本上能解決振蕩問題，但仍然存在一些問題。比如：當比較器輸出的導通脈沖剛好介于D觸發(fā)器的2個時鐘上升沿之間時，該控制信號將丟失，一般可通過加大 D觸發(fā)器時鐘頻率解決。5 細分驅(qū)動方式這是本文討論的重點， 也是該系統(tǒng)采用的驅(qū)動方法。 細分驅(qū)動最主要的優(yōu)點是步距角變小， 分辨率 提高，且提高了電機的定位精度、啟動性能和高頻輸出轉矩；其次，減弱或消除了步進電機的低頻振動， 降低了步進電機在共振區(qū)工作的幾率?？梢哉f細分驅(qū)動技術

5、是步進電動機驅(qū)動與控制技術的一個飛躍。細分驅(qū)動是指在每次脈沖切換時，不是將繞組的全部電流通入或切除，而是只改變相應繞組中電流的一部 分，電動機的合成磁勢也只旋轉步距角的一部分。細分驅(qū)動時，繞組電流不是一個方波而是階梯波，額定 電流是臺階式的投入或切除。比如：電流分成n個臺階，轉子則需要 n次才轉過一個步距角，即 n細分，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圖5 二相電機

6、4細分電流階梯波如圖5所不。一般的細分方法只改變某一相的電流，另一相電流保持不變。如圖5所示，在O。45。，Ia保持不變，Ib由O逐級變大；在4590 , Ib保持不變，Ia由額定值逐級變?yōu)?。該方法的優(yōu)點是控制較 為簡單，在硬件上容易實現(xiàn)；但由圖6所示的電流矢量合成圖可知，所合成的矢量幅值是不斷變化的，輸出力矩也跟著不斷變化，從而引起滯后角的不斷變化。當細分數(shù)很大、微步距角非常小時，滯后角變化的 差值已大于所要求細分的微步距角，使得細分實際上失去了意義。這就是目前常用的細分方法的缺陷，那么有沒有一種方法讓矢量角度變化時同時保持幅值不變呢？由上面分析可知，只改變單一相電流是不可能的，那么同時改

7、變兩相電流呢？即匕、Ib以某一數(shù)學關系同時變化，保證變化過程中合成矢量幅值始終不變?；诖耍疚慕⒁环N“額定電流可調(diào)的等角度恒力矩7所示，隨著 A B兩相相電流Ia、Ib的細分”驅(qū)動方法，以消除力距不斷變化引起滯后角的問題。如圖 合成矢量角度不斷變化，其幅值始終為圓的半徑。圖6二相電機相電流矢合成圖圖7電流可控的等角度恒力矩細分下面介紹合成矢量幅值保持不變的數(shù)學模型：當Ia=Im cosx , Ib=Im sinx時（式中Im為電流額定值，Ia、Ib為實際的相電流，x由細分數(shù)決定），其合成矢量始終為圓的半徑，即恒力距。等角度是指合成的力臂每次旋轉的角度一樣。額定電流可調(diào)是指可滿足各種系列電機的要求。例如,86系列電機的額定電流為 68 A ,而57系列電機一般不超過 6 A ,驅(qū)動器有各種檔位電流可供選擇。細 分為對額定電流的細分。為實現(xiàn)