步进电机驱动电路研究

1 引言

步进电机又称脉冲电动机, 是数字控制系统中的一种执行元件, 其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移, 且其输出转角、转速与输入脉冲个数、频率有着严格的同步关系。虽然步进电机是一种数控元件, 易于同数字电路接口, 但一般数字电路的信号能量远远不足以驱动步进电机, 必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电机。步进电机的性能在很大程度上取决于驱动器的优劣。

2 步进电机驱动电路基本组成及工作要求

2. 1基本组成步进电机驱动系统的原理如图1 所示, 控制电路产生步进电机所需要的电脉冲信号, 脉冲分配器把电脉冲信号按规定的方式分配给步进电机各相励磁绕组, 使各相励磁绕组轮流接受脉冲信号的控制。控制电路经脉冲分配后输出的信号很低, 不能提供步进电机所需的输出功率, 必须经过功率驱动部分进行放大。

图1步进电机驱动系统方框图

脉冲分配部分可以由硬件电路组成, 也可以由软件实现。当脉冲分配由硬件实现时, 步进电机的驱动系统包括脉冲分配和功率驱动两个部分; 当脉冲分配由软件实现时, 步进电机驱动系统实际上只包含功率驱动部分, 控制电路多由微机及接口电路组成。

2. 2基本要求步进电机对驱动电路来讲, 是一种感性负载, 流经其中的电流不能突变, 相电流从零上升至额定值和从额定值下降至零, 都需一定时间。当步进电机高速工作时, 这些延时将显着影响步进电机性能, 使输出转矩急剧下降。此外, 电流截止时, 在相绕组的两端还会产生很高的反电动势。为提高电机性能指标和系统的效率,对步进电机驱动电路一般有如下要求:

1) 通电周期内能提供足够大的矩形波或接近矩形波的电流;2) 具有供截止期间释放电流的回路, 以降低相绕组两端的反电动势, 加快电流衰减;3) 要求驱动电源效率高、功耗低;4) 要求驱动电源运行可靠、稳定;5) 要求驱动器的成本低、便于生产。

3 步进电机驱动电路的几种典型形式

驱动电路中对步进电机性能有明显影响的部分是功率放大电路输出级的结构。经过多年的发展与完善,驱动电路已形成相对固定的单电压驱动电路、高低压切换驱动电路、恒流斩波驱动电路等形式。