A雙極性步進(jìn)電機(jī)的基礎(chǔ)知識

雙極性步進(jìn)電機(jī)包含兩繞組，為了使電機(jī)運行平穩(wěn)，不斷的給這兩個線圈加以相位差90度的正弦波，步進(jìn)電機(jī)就開始轉(zhuǎn)動起來。

通常，步進(jìn)電機(jī)不是由模擬線性放大器驅(qū)動；而是由PWM電流調(diào)節(jié)驅(qū)動，把線性的正弦波信號轉(zhuǎn)換成了離散的直線段信號。 正弦波可被分成多段，隨著段數(shù)的增加，波形不斷接近正弦波。 實際應(yīng)用中，段數(shù)多從4到2048或更多，大多數(shù)步進(jìn)驅(qū)動IC采用4到64段細(xì)分。整步驅(qū)動，每一時刻只有一個相通電，兩相電流交替和電流方向切換，使得一共產(chǎn)生四個步進(jìn)電機(jī)機(jī)械狀態(tài)。半步驅(qū)動，比整步驅(qū)動方式相對復(fù)雜一些，在同一時刻，可能兩個相都需要被通電，如圖1所示，使電機(jī)的步進(jìn)分辨率提高了一倍。細(xì)分驅(qū)動，電機(jī)轉(zhuǎn)子走一步的角度將會隨著細(xì)分?jǐn)?shù)的增加而減小，電機(jī)轉(zhuǎn)動也越來越平穩(wěn)，例如把一個32段細(xì)分序列稱為八分之一步驅(qū)動模式(見圖1)。

圖1：細(xì)分驅(qū)動的電流波形。

電流控制精度的重要性

雙極性步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置取決于流經(jīng)兩個線圈繞組的電流的大小。通常，選擇步進(jìn)電機(jī)的主要指標(biāo)為，準(zhǔn)確的機(jī)械定位或精準(zhǔn)的機(jī)械系統(tǒng)速度控制。所以繞組電流的精度控制對步進(jìn)電機(jī)的平穩(wěn)運行非常重要。

在機(jī)械系統(tǒng)中，有兩個問題會導(dǎo)致不準(zhǔn)確的電流控制：

1、在低速運行或用步進(jìn)電機(jī)用于定位控制的情況下，每一細(xì)分段電機(jī)運行的步數(shù)錯誤，導(dǎo)致錯誤的定位。

2、在高速運行下，系統(tǒng)非線性會導(dǎo)致短期電機(jī)運行速度變化，使得力矩不穩(wěn)，增加了電機(jī)噪聲和振動。

PWM控制和電流衰減模式(Decay Mode)

大多數(shù)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動IC，依靠步進(jìn)電機(jī)繞組的電感特性實現(xiàn)PWM電流調(diào)節(jié)。通過每個繞組對應(yīng)的功率MOSFET組成的H橋電路，隨著PWM控制開始，電源電壓被加到電機(jī)繞組上，從而產(chǎn)生驅(qū)動電流。一旦電流達(dá)到設(shè)定值，H橋就會切換控制狀態(tài)，使得輸出電流衰減。 一定固定時間后，一個新的PWM周期又會開始，H橋再次產(chǎn)生線圈電流。

重復(fù)這一過程，使繞組電流上升和下降。通過電流采樣和狀態(tài)控制，可以調(diào)節(jié)控制每一段細(xì)分的峰值電流值。

在預(yù)期的峰值電流達(dá)到后，H橋驅(qū)動繞組的電流衰減控制方式有兩種：

1、繞組短路(同時開通低側(cè)或高側(cè)的MOSFET)，電流衰減慢。

2、H橋反向?qū)?，或允許電流通過MOSFET的體二極管流通，電流衰減快。

這兩種電流衰減方式稱為慢衰減和快衰減(見圖2)。