二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是如何設(shè)計(jì)的？

步進(jìn)電機(jī)除了可以提供精確的定位，還可以提供強(qiáng)有力的力矩輸出，所以會(huì)在眾多的場(chǎng)合下使用它們，如雕刻機(jī)、數(shù)控設(shè)備、打印機(jī)等等。但是步進(jìn)電機(jī)不像普通的直流有刷電機(jī)那樣通電就能轉(zhuǎn)，必須有合適的驅(qū)動(dòng)電路。比較常用的就是兩相步進(jìn)電機(jī)和配套的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

首先來(lái)看看步進(jìn)電機(jī)，看下面的圖，一是兩相步進(jìn)電機(jī)的外形，二是五相步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。具體它是怎么工作的我們?cè)谶@里不做具體的討論，只要知道它轉(zhuǎn)一圈需要多少個(gè)脈沖信號(hào)就行了。單極性步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為3.6°或7.2°，兩相步進(jìn)電機(jī)步距角為3.6°或1.8°，五相步進(jìn)電機(jī)則為0.72°或0.36°。有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)最小步距角可以到0.036°，但那是極為少見(jiàn)和昂貴的。計(jì)算的公式如下：

轉(zhuǎn)一圈需要脈沖數(shù) = 360 / 步距角

通常市面最多的兩相步進(jìn)電機(jī)步距角是1.8度的，計(jì)算得出它轉(zhuǎn)一圈是需要200個(gè)脈沖，也就是需要走200步，每步1.8度。

雖然每一步1.8度看起來(lái)不大，但實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)會(huì)感覺(jué)每一步的跳動(dòng)會(huì)很強(qiáng)烈，感覺(jué)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)很不平穩(wěn)，所以驅(qū)動(dòng)器會(huì)引入細(xì)分技術(shù)，也就是把本來(lái)的1.8度分成若干步來(lái)執(zhí)行，這樣每一步就會(huì)得到更小的度數(shù)。如1.8度的兩相步進(jìn)電機(jī)用8細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)，則轉(zhuǎn)一圈需要1600個(gè)脈沖。公式則加入了細(xì)分?jǐn)?shù)參數(shù)變成：

轉(zhuǎn)一圈需要脈沖數(shù) = 360 / 步距角 x 細(xì)分?jǐn)?shù)

一般常見(jiàn)的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都會(huì)設(shè)有調(diào)節(jié)細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置的開(kāi)關(guān)，對(duì)照設(shè)置表?yè)軇?dòng)相應(yīng)的設(shè)置開(kāi)關(guān)就可以方便設(shè)置想要的細(xì)分?jǐn)?shù)。兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置表會(huì)有2種形式，一種是細(xì)分?jǐn)?shù)，

另一種則是直接給出不同細(xì)分?jǐn)?shù)下每一圈所需要的脈沖數(shù)(一般是以1.8度電機(jī)來(lái)計(jì)算)。

為了適應(yīng)不同額定電流的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器一般會(huì)有調(diào)節(jié)功能，調(diào)節(jié)的方式也各不一樣，一般會(huì)用電位器或撥碼開(kāi)關(guān)兩種形式。最常用的是撥碼開(kāi)關(guān)形式。設(shè)置時(shí)應(yīng)選取合適的電流參數(shù)，電流越大電機(jī)能產(chǎn)生的力矩也會(huì)越大，但發(fā)熱量也會(huì)越大，所以可以設(shè)置成略大于能滿足負(fù)載要求的電流就可以了，不過(guò)不能超出電機(jī)的額定電流。

為了減少電機(jī)的發(fā)熱，很多成品驅(qū)動(dòng)器都會(huì)有半流功能，當(dāng)打開(kāi)半流開(kāi)關(guān)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器如果在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到有脈沖信號(hào)，就會(huì)把電流減少到設(shè)定值的一半，讓電機(jī)更好的散熱。但是使用這個(gè)功能時(shí)，半流狀態(tài)下鎖定力矩也會(huì)相應(yīng)減少，所以需要根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)選用。

二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

BYG通用系列二相步進(jìn)電機(jī)最常采用的單極性和雙極性2種驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。從原理上體現(xiàn)了二相步進(jìn)電機(jī)的控制方法，增加了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的靈活性。二相步進(jìn)電機(jī)的單極性和雙極性2種驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)都采用了一片可在線編程的單片機(jī)AT89S52作為控制器，由達(dá)林頓功率管TIP142組成的電路作為驅(qū)動(dòng)器，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)思路清晰。

如上圖，單極性驅(qū)動(dòng)電路。

如上圖，雙極性驅(qū)動(dòng)電路。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

請(qǐng)注意，輸入電壓適用于電路12V的。如果一個(gè)高電壓，需要一個(gè)單獨(dú)的電壓供給場(chǎng)效應(yīng)管。LB1836M構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路引腳INl、IN2、IN3和IN4是步進(jìn)脈沖的輸入端。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4為步進(jìn)脈沖的輸出端，分別與熱敏打印頭中電機(jī)對(duì)應(yīng)的A、NA、B、NB相連接。OUT〔1：4〕與IN〔1：4〕的邏輯關(guān)系為OUT=IN。輸出驅(qū)動(dòng)電壓由引腳VS控制，其電壓高低決定了步進(jìn)電機(jī)工作電流的大小，影響步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的快慢，決定走紙快慢。 LBl836M輸入端的四個(gè)步進(jìn)脈沖可由單片機(jī)的PWM0、PWMl、PWM2、PWM3四路PWM通道產(chǎn)生。四路PWM的相位關(guān)系為PWM0與PWM2反相，PWMl與PWM3反相，PWM0與PWMl相差π/2。 LB1836M構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：

數(shù)字編碼步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路利用使用數(shù)字編碼的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以在步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上看到LED顯示屏。選擇旋轉(zhuǎn)編碼器作為數(shù)字輸入數(shù)字編碼。

LT2221步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 LT2221熱敏打印機(jī)芯的進(jìn)紙操作由機(jī)芯內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)完成。驅(qū)動(dòng)電路由A3967步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成，A3967是一種內(nèi)嵌邏輯變換的完全步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。驅(qū)動(dòng)電路的接口信號(hào)說(shuō)明如下表所示。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的STEP端輸入信號(hào)的上升沿來(lái)臨時(shí)，電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是一種控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的電路系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的電機(jī)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度是以固定的步進(jìn)角度進(jìn)行的，而不是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)電壓和電流信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)定的順序精確地旋轉(zhuǎn)。這種電路通常包括一個(gè)控制器和一些功率驅(qū)動(dòng)器?？刂破鹘邮苤麟娐坊蛴?jì)算機(jī)的指令，并將其轉(zhuǎn)換為細(xì)分脈沖信號(hào)，送到功率驅(qū)動(dòng)器。功率驅(qū)動(dòng)器則將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)所需的電流和電壓信號(hào)，從而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和精度。常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括雙H橋驅(qū)動(dòng)電路、單H橋驅(qū)動(dòng)電路、混合式驅(qū)動(dòng)電路等。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作原理是通過(guò)向步進(jìn)電機(jī)提供一系列的脈沖信號(hào)來(lái)控制其旋轉(zhuǎn)。主要由兩個(gè)部分組成：信號(hào)發(fā)生器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生一系列的脈沖信號(hào)，脈沖數(shù)目對(duì)應(yīng)著電機(jī)需要轉(zhuǎn)的步數(shù)。常見(jiàn)的信號(hào)發(fā)生器有常見(jiàn)的是計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等電子元件。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：接收信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為一定的電流信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通常采用H橋電路，通過(guò)控制H橋電路的開(kāi)關(guān)輸出不同方向和大小的電流來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

在工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為特定的電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)一步就輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，控制器可以通過(guò)測(cè)量脈沖信號(hào)的數(shù)量和方向來(lái)確定電機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)和位置，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制和定位。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以用多種方式實(shí)現(xiàn)，其中最常見(jiàn)的包括以下幾種：

1. 雙自激勵(lì)(自激共振)驅(qū)動(dòng)電路：該電路采用兩種不同電壓的脈沖信號(hào)(高電平和低電平信號(hào))來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)高電平信號(hào)施加在循環(huán)電磁線圈上，低電平信號(hào)施加在非循環(huán)電磁線圈上時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會(huì)向前或向后轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角。

2. 4相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：該電路采用四個(gè)獨(dú)立的電磁線圈來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)電磁線圈都通過(guò) MOSFET 管和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確控制。該電路有很好的控制性能和響應(yīng)速度。

3. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC：該IC集成了步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路和控制電路，不需要外部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。用戶只需要提供控制信號(hào)和電源電壓即可，極大地便利了步進(jìn)電機(jī)的控制和調(diào)試。

根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求和應(yīng)用場(chǎng)景，選擇適合的驅(qū)動(dòng)電路能夠提高步進(jìn)電機(jī)的精確控制性能和運(yùn)行穩(wěn)定性，從而更好地滿足客戶需求。

步進(jìn)電機(jī)控制電路是一種用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的電路，一般是由微控制器或PLC等數(shù)字控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制。步進(jìn)電機(jī)是由多個(gè)磁極排列而成，每個(gè)磁極之間有一個(gè)電線圈，通過(guò)對(duì)電線圈的電流進(jìn)行控制來(lái)使電機(jī)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。因此控制的關(guān)鍵就是如何控制電流，使步進(jìn)電機(jī)能夠按照預(yù)定的角度旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)控制電路大致分為兩種：全步進(jìn)和半步進(jìn)。

全步進(jìn)是指將電流施加到一個(gè)電線圈，同時(shí)閉合相鄰的另一個(gè)電線圈，使電機(jī)向前轉(zhuǎn)動(dòng)一步。

半步進(jìn)是指將電流施加到一個(gè)電線圈，然后將電流分成兩個(gè)方向施加，使電機(jī)向前轉(zhuǎn)動(dòng)半步角度，再閉合相鄰的電線圈，使電機(jī)再向前轉(zhuǎn)動(dòng)半步角度，如此反復(fù)，直到完成一整步。

步進(jìn)電機(jī)控制電路一般由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

1. 驅(qū)動(dòng)器：用來(lái)控制電流，通常采用移相法或電平移位法驅(qū)動(dòng)。

2. 信號(hào)源：用來(lái)提供控制信號(hào)，一般由POSITION信號(hào)、STEP信號(hào)、DIR信號(hào)、ENABLE信號(hào)等組成。

3. 電流檢測(cè)電路：用來(lái)檢測(cè)電機(jī)電流是否超過(guò)限值。

4. 保護(hù)電路：用來(lái)防止電機(jī)因過(guò)流或過(guò)壓而損壞，一般包括限流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)等。

步進(jìn)電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體的應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。