步进电动机的驱动电源与控制方式

1.步进电动机驱动电源的组成

图5.6所示为步进电动机驱动电源的组成，它由变频信号源、脉冲分配器和驱动电路三部分组成。

图5.6　步进电动机驱动电源的组成

1）变频信号源

变频信号源是一个脉冲频率由几赫兹到几十千赫兹可连续变化的信号发生器，可以是计算机或振荡器。

2）脉冲分配器

脉冲分配器是一种逻辑电路，由双稳态触发器和门电路组成，它可以将输入的电脉冲信号根据需要循环地分配到驱动电路上进行功率放大，并使步进电动机按选定的运行方式工作。

3）驱动电路

驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，它的作用是将脉冲分配器发出的电脉冲信号放大至几安培到几十安培的电流送至步进电动机各绕组，每一相绕组分别有一组功率放大电路。步进电动机驱动电路有单电压驱动、双电压驱动、恒流斩波驱动和细分驱动等四种形式。

2.步进电动机驱动电路

图5.7（a）所示为步进电动机单电压驱动电路，图5.7（b）所示为步进电动机双电压驱动电路，图5.8所示为步进电动机恒流斩波驱动电路。步进电动机驱动电路要解决的核心问题是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。

图5.7　步进电动机电压驱动电路

上述提到的三种步进电动机驱动电路都是按照环形分配器决定的分配方式，控制电动机各相绕组的导通或截止，从而使步进电动机产生步进运动。步距角的大小只有两种，即整步工作或半步工作，步距角由步进电动机的结构决定。为了使步进电动机获得更小的步距角或者减小电动机振动、噪声等原因，可以采用细分驱动技术。

图5.8　步进电动机恒流斩波驱动电路(www.xing528.com)

1）细分驱动技术

细分驱动技术是把步进电动机的一个步距角θb再细分成若干个小步的驱动方法，其本质是一种电流波形控制技术。它的基本思想是控制每相绕组的电流波形，使其阶梯上升或下降，电流在0和最大值之间给出多个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程也就有了多个稳定的中间状态，这样相对于一个步距角θb来讲，步进电动机转子转动步数增多了，步距角也就减小了。图5.9所示为一台两相混合式步进电动机A、B 两相电流按40等份细分的控制电流的波形。

图5.9　混合式步进电动机细分进控制电流波形

若两相混合式步进电动机转子的齿数Zr=30，细分后，则步进电动机的步距角θb 为

式中：m 为细分数；k整步为1，半步为2。

细分后，步距角θb 为电动机固有步距角/细分数。

采用细分驱动技术，可大大提高步进电动机的步矩分辨率，减小步距角θb 和转矩波动，避免低频共振及降低运行噪声。但细分技术并不能提高步进电动机的精度，只是使步进电动机的转动更加平稳。

2）细分驱动电路

为了实现阶梯波供电，细分驱动电路有以下两种形式。

（1）先放大后叠加。这种方法就是将通过细分环形分配器所形成的各个等幅等宽的脉冲，分别进行放大，然后在电动机绕组中叠加起来形成阶梯波，如图5.10（a）所示。

图5.10　细分驱动电路

（2）先叠加后放大。这种方法利用运算放大器来叠加，或采用公共负载的方法，把方波合并变成阶梯波，然后对阶梯波进行放大再去驱动步进电动机，如图5.10（b）所示。其中的放大器可采用线性放大器或恒流斩波放大器等。

3.步进电动机的控制方式

步进电动机的控制方式一般可分为开环控制和反馈补偿闭环控制两种。