步进电机驱动电路组成部分包括驱动电路,步进电机和控制电路。

1.步进电机驱动电路作用

 

步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。

目前市场上关于步进电机的分类也比较多,如果说按照结构分类的话,现在的步进电动机也叫做脉冲电机,而这个脉冲电机又包含着好几种,像反应式,永磁式和混合式等都是较为常见的。而所谓的反应式步进电动机通常也会被叫做是感应式或者磁阻式,这种步进电机的定子和转子都是用软磁材料做的,一旦通电就会产生磁导变化,从而产生转矩。永磁式产生转矩的原理是利用永磁体跟电子电流磁场的相互作用,混合式则是集中了永磁式和反应式两者的优点。

控制电路的功能是用来产生脉冲的,同时还能控制电机的速度跟转向。驱动电路可以根据控制器输入的信号为步进电机的每个绕组提供最正确的通电顺序,同时还能够为电机提供各种保护措施,一旦电机过热或者是过流,就会迅速激发保护措施。而步进电机的功能就是当控制信号经过驱动器的放大之后就可以将步进电机驱动起来,带动负载。

 

2.步进电机驱动电路图

 

步进电机驱动电路图

 

3.步进电机驱动电路原理

 

步进电机驱动器的原理,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。

驱动器相当于开关的组合单元。通过上位机的脉冲信号有顺序给电机相序通电使电机转动。

1. 恒电压驱动

单电压驱动是指在电机绕组工作过程中,只用一个方向电压对绕组供电,多个绕组交替提供电压。该方式是一种比较老的驱动方式,现在基本不用了。

优点:电路简单,元件少、控制也简单,实现起来比较简单

缺点:必须提供足够大的电流的三极管来进行开关处理,步进电机运转速度比较低,电机震动比较大,发热大。由于已经不再使用,所以不多描述。

2. 高低压驱动

由于恒电压驱动存在以上诸多缺点,技术的进一步发展,研发出新的高低压驱动来改善恒电压驱动的部分缺点,高低压驱动的原理是,在电机运动到整步的时候使用高压控制,在运动到半步的时候使用低压控制,停止时也是使用低压来控制。

优点:高低压控制在一点程度上改善了震动和噪音,第一次提出细分控制步进电机的概念,同时也提出了停止时电流减半的工作模式。

缺点:电路相对恒电压驱动复杂,对三极管高频特性要求提高,电机低速仍然震动比较大,发热仍然比较大,现在基本上不使用这种驱动模式。

3. 自激式恒电流斩波驱动

自激式恒电流斩波驱动的工作原理是通过硬件设计当电流达到某个设定值的时候通过硬件将其电流关闭,然后转为另一个绕组通电,另一个绕组通电的电流到某个固定的电流的时候,又能通过硬件将其关闭,如此反复,推进步进电机运转。

优点:噪音大大减小,转速一定程度上提高了,性能比前两种有一定的提高。

缺点:对电路设计要求比较高,对电路抗干扰要求比较高,容易引起高频,烧坏驱动元件,对元件性能要求比较高。

4. 电流比较斩波驱动

电流比较斩波驱动是把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压,与D/A转换器输出的预设值进行比较,比较结果来控制功率管的开关,从而达到控制绕组相电流的目的。

优点:使运动控制模拟正弦波的特点,大大提高性能,运动速度和噪音都比较小,可以使用比较高的细分,是当前流行的控制方法。

缺点:电路比较复杂,对电路中的干扰难以控制和理论要求相吻合,容易产生抖动,在控制形成正弦波的波峰和波谷,容易导致高频干扰,进而导致驱动元件发热或者由于频率过高而老化,这也是很多驱动器使用1年多的时候容易出现红灯保护的主要原因。

5. 潜进式驱动

这是一种全新的运动控制技术,该技术是在当前电流比较斩波驱动技术的前提下,克服其中的缺点而创新的一种全新的驱动方法。其核心技术是在电流比较斩波驱动的前提下增加了驱动元件发热和高频抑制保护技术。

优点:兼有电流比较斩波驱动的优点外,发热特别小,使用寿命较长。

缺点:全新技术,价格比较高,目前每种步进电机和驱动器匹配要求相对比较严格。