探究步进驱动器电路的构成及工作原理

（1）步进电动机驱动器的电路构成

步进电动机驱动器的电路构成如图5-2所示。整流电路将输出AC电源整流滤波为直流电压，提供稳压电源的供电，并作为逆变功率电路的输入电源。部分小功率步进电动机驱动器，直接取用外供直流电源，省去了整流电路这一环节。控制电路以单片机（MCU，但有时统称CPU）为核心，接收输入端子进入的控制信号和过电流检测电路输入的保护信号，输出逆变电路所需的信号脉冲，并经脉冲驱动电路进行功率放大，驱动逆变功率电路的CMOS（或IGBT）功率开关管，使负载电动机产生相应步进动作。逆变功率电路，有些机型是由单管分立零件组成，有些则与整流电路等集成于一个功率模块内部。

图5-2 步进电动机驱动器的电路构成

（2）步进电动机驱动器与步进电动机和控制电路的连接 图5-3为两相步进电机驱动器的接线图，控制设备可以是PLC的输出电路，也可以是其他电器设备。步进电动机驱动器最重要的控制信号有两个：脉冲信号和方向信号。脉冲信号决定步进电动机的运转速度（和步进距离），方向信号决定步进电动机的旋转方向。不仅仅是PLC，任何设备只要能给出这两个控制信号，便能控制步进电动机的步进、转速和旋转方向。从脉冲信号输入脚输入的是频率可变的、脉冲个数可控的脉冲信号，这种信号可由纯硬件电路或软件程序生成；方向信号则为常规开关量信号。下面对步进电动机驱动器的几个控制信号及其他接线做一简要的说明。

图5-3 两相步进电动机驱动器接线图

1）脉冲信号输入端（CP）：由控制设备发送脉冲个数与频率可变化的控制脉冲，控制步进电动机的转速和步进距离；信号要求为矩形脉冲，脉冲宽度不低于6～10μs，信号间隔大于6～10μs，低电平幅值0～1V，高电平幅值达4～6V。工作方式，一般为脉冲边沿触发，每输入一个脉冲信号，电动机转过一个步距角（执行步进动作一次）。

2）方向信号输入端（CW/CCW）：输入开关量电压信号。端子开路状态下，为静态高电平，CP端子有脉冲信号输入时，步进电动机正转；方向控制信号生效，使CW/CCW输入端为低电平时，在脉冲信号输入期间，反转。(www.xing528.com)

注意：该端子控制电路，接通与断开与否，步进电动机都有可能运转，只是运转方向不同罢了。机型不同，对应正、反转的电平值可能有所不同。如有的CW/CWW端子为高电平时，反转。

这两个控制端子一般为必接端子，即使只需一个转向。接入方向控制端子的目的，在单转向时，相当于步进电动机的起/停信号（与脉冲信号同时有无）。

3）脱机信号输入端（FREE）：FREE指通电运行前步进电动机的静止转矩（锁定转子转矩）。一般步进驱动器，在脉冲信号无输出时，仍输出一静态直流电压，产生静止转矩以锁住转子不动。而当有脱机信号时解除自锁功能，转子处于自由状态并且不响应脉冲信号输入。

在不断电情况下，要手动调整转子位置时，可以为步进驱动器输入脱机信号，使转子解除锁定状态，进行手动操作或调节，调整完毕后，再解除脱机信号。

注意：有些步进驱动器，该端子定义为HOLD（励磁控制信号输入），端子接通状态下，有转子锁定转矩产生，步进电动机允许运行。端子开路状态下，为脱机状态。

4）故障信号输出端（ERR）：一般为开路集电极输出方式，在过电流、欠电压、过电压、电动机连线接错等故障发生时，步进驱动器停止输出，同时发出故障报警信号。操作面板还有各种运行、故障指示灯，配合显示步进驱动器的工作状态。

5）输出接线端（A＋/A－/B＋/B－）与步进电动机的绕组引线对应相连接。改变电动机转向时，除改变CW/CCW端子信号外，也可以用改变输出端子接线的方法来改变电动机转向，将A＋、A－端子互调，使步进电动机的转向改变。

6）供电电源端（AC80V或DC40V）：直流供电时，可采用仪用开关电源，注意电流供给能力应大于步进电动机的2倍；交流供电时，可采用220V/80V或380V/80V降压变压器，电流供给能力应大于步进电动机的1.5倍以上。如果负载较轻，转速也要求较低，而步进电动机与驱动器的供电电压范围又宽，可以适当降低电源供电电压，以延长电动机和驱动器的寿命。