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步進電機驅動器的驅動方式
步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的驅動器，如圖所示，它由脈沖發生控制單元、功率驅動單元、保護單元等組成。圖中點劃線所包圍的二個單元可以用微機控制來實現。驅動單元必須與驅動器直接耦合(防電磁干擾)，也可理解成微機控制器的功率接口，這里予以簡單介紹。 1.單電壓功率驅動 實用單電壓功率驅動接口及單步響應曲線 電路如圖所示。在電機繞組回路中串有電阻Rs，使電機回路 雙電壓功率驅動接口 時間常數減小，高頻時電機能產生較大的電磁轉矩，還能緩解電機的低頻共振現象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡單單電壓驅動線路中，Rs是不可缺少的。Rs步進電機單步響應的改善如圖3(b)。 2.雙電壓功率驅動 雙電壓驅動的功率接口如圖4所示。雙電壓驅動的基本思路是在較低(低頻段)用較低的電壓UL驅動，而在高速(高頻段)時用較高的電壓UH驅動。這種功率接口需要兩個控制信號，Uh為高壓有效控制信號，U為脈沖調寬驅動控制信號。圖中，功率管TH和二極管DL構成電源轉換電路。當Uh低電平，TH關斷，DL正偏置，低電壓UL對繞組供電。反之Uh高電平，TH導通，DL反偏，高電壓UH對繞組供電。這種電路可使電機在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時功耗減小。 3.高低壓功率驅動 高低壓功率驅動接口如圖所示。高低壓驅動的設計思想是，不論電機 高低壓功率驅動接口 4.斬波恒流功率驅動 恒流驅動的設計思想是，設法使導通相繞組的電流不論在鎖定、低頻、高頻工作時均保持固定數值。使電機具有 圖6 斬波恒流功率驅動接口 恒轉矩輸出特性。這是使用較多、效果較好的一種功率接口。圖6是斬波恒流功率接口原理圖。圖中R是一個用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當電流不大時，VT1和VT2同時受控于走步脈沖，當電流超過恒流給定的數值，VT2被封鎖，電源U被切除。由于電機繞組具有較大電感，此時靠二極管VD續流，維持繞組電流，電機靠消耗電感中的磁場能量產生出力。此時電流將按指數曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當電流小于恒流給定的數值，VT2導通，電源再次接通。如此反復，電機繞組電流就穩定在由給定電平所決定的數值上，形成小小的鋸齒波，如圖所示。 斬波恒流功率驅動接口也有兩個輸入控制信號，其中u1是數字脈沖，u2是模擬信號。這種功率接口的特點是:高頻響應大大提高，接近恒轉矩輸出特性，共振現象消除，但線路較復雜。相應的集成功率模塊可供采用。 5.升頻升壓功率驅動 為了進一步提高驅動系統的高頻響應，可采用升頻升壓功率驅動接口。這種接口對繞組提供的電壓與電機的運行頻率成線性關系。它的主回路實際上是一個開關穩壓電源，利用頻率-電壓變換器，將驅動脈沖的頻率轉換成直流電平，并用此電平去控制開關穩壓電源的輸入，這就構成了具有頻率反饋的功率驅動接口。 6.集成功率驅動 已有多種用于小功率步進電機驅動器的集成功率驅動接口電路可供選用。 L298芯片是一種H橋式驅動器，它設計成接受標準TTL邏輯電平信號，可用來驅動電感性負載。H橋可承受46V電壓，相電流高達2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的邏輯電路使用5V電源，功放級使用5~46V電壓，下橋發射極均單獨引出，以便接入電流取樣電阻。L298(等)采用15腳雙列直插小瓦數式封裝，工業品等級。它的內部結構如圖7所示。H橋驅動的主要特點是能夠對電機繞組進行正、反兩個方向通電。L298特別適用于對二相或 四相步進電機驅動。 專用芯片構成的步進電動驅動系統
工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來提高導通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓UL來維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅動器的高頻性能，而且不必再串聯電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅動功率接口也有兩個輸入控制信號Uh和Ul，它們應保持同步，且前沿在同一時刻跳變，如圖所示。圖中，高壓管VTH的導通時間tl不能太大，也不能太小，太大時，電機電流過載;太小時，動態性能改善不明顯。一般可取1~3ms。(當這個數值與電機的電氣時間常數相當時比較合適)。
