步进电机驱动.doc

工业电路应用指南一、驱动电路基础知识对于一个步进电机，一个给定的大小有限的空间可用于线圈。在优化过程中的电机驱动系统，有效利用的一个可缠绕空间以及匹配的驱动程序及绕组参数是非常重要的。本章讨论了基本步进电机的特点电机绕组。特别注意的是考虑到驾驶配置和电流控制方法。图1 一个典型的绕组永磁步进电机1、绕组电阻和电感一个步进电机的绕组由铜圈丝。电线缠绕在塑料线轴，它允许独立的生产的绕组，定子和其他机械部件。在最后阶段的生产线轴是围绕定子安装极点。电阻，电感和两个一条崎岖，或任何线圈固有的物理特性。这两个基本因素也限制了电机的性能。该绕组的电阻负责的主要份额热功率损耗和电机注册。大小和热特性电机绕组和限制最大允许功率耗散在蜿蜒。功率损失计算公式如下：PR = R IM 2 重要的是要注意的是电机应在其最大功率使用耗散有效率。如果电机运行功耗低于其限制，这意味着它可以重新放置一个更小的尺寸电机，最有可能更便宜使电机绕组电感反对电流变化，并有限制高速运转。图2显示了一个电感，电阻电路的电气特性。当电压连接到绕组的电流上升根据方程I(t) = ( V R ) (1 e-t R/L)最初，在电流增加率：I / t (0) = V L该增长速度下降为目前的接近最终水平：IMAX = V Re= 1 / R定义的价值为电气线路的时间常数。 e是当前的时间，直到达到63（1 -1/ e）的最终值。当电感式电阻电路短路时断开，短路即时T=T1，将电流开始减少I(t) = ( V R ) e (t-t1) R L在最初率I(t) = V L当方波电压施加到绕组，是哪种情况当全面加强一个步进电机，当前的波形会变得柔和。图2 在电感式电阻短路电流波形图3显示了在三个电流不同的频率。超过一定频率（B）现时从未到达它的最大值（C）。由于扭矩电机约成正比，成正比的电流，最大扭矩会降低为加强频率增加。为了克服电感和增益高速性能马达存在两种可能性：增加当前的上升速度和/或减少时间常数。为增强抵抗一个永远业绩增长功率损耗，这是最好的比率V/ L时，应提高到增益高速性能。我们应该：使用尽可能高电压保持电感低。因此，低电感/电阻电机具有较高的额定电流。作为最大的驱动电流是由有限的，我们发现，高性能是高度依赖于对司机的选择。电机的限制因素功耗，而不是目前的本身。为了有效地利用电机，功耗应该在允许的最大水平。根据一个恒定的条件最大允许功耗和给定的空间曲折，由于铜的量，唯一可以改变的参数是电线圈数，或相应地改变导线直径。图3 在电感式电阻短路电流波形2、驱动电路方案步进电机驱动电路两项主要任务： 要更改在相绕组的电流和磁通的方向驾驶控制量电流通过线圈，并为使短路电流的上升和下降时间获得更为良好的性能。图4 双极性和单极性驱动计划，以控制电流和磁通在相位方向缠绕2.1、磁通方向控制步进电机的步进要求一个磁通方向变化，在每一个独立的阶段。方向的变化是通过改变目前的方向，可能要做两种不同的方式，采用了双极或单极驱动器。图4显示了两项计划。只有一两相显示为两个阶段相同。双极性驱动双极性驱动的原则是指在一个地方的电流方向绕组改变转移绕组的电压极性跨越终端。要改变极性共四个开关的需要。双极驱动方式要求每相一个绕组。两相电机有两个绕组据此四个连接线。单极驱动器单极驱动原则要求绕组中心抽头，或每相独立的绕组。通量方向相反通过移动绕组电流从一个半的另一半。这种方法需要每相开关只有两个。论另一方面，利用单极性驱动器只有一半的可用铜量绕组的。在电力损耗因此绕组的损失的两倍双极性驱动在相同的输出权力。单极，中心抽头电机每个阶段有三个线索，共六个导致了两相电机。一个马达每有两个独立的绕组阶段通常称为8引线电机。它可接两个作为一个单极或双极电机，见图5。图5 不同缠绕配置双极和单极驱动器使用8引线电机3、电流控制 为了控制力矩以及限制在功耗绕线电阻，电流必须被控制或限制。此外，当半步零电流水平是必要的，而需要一个连续可变微电流。两个原则进行限流此处所描述的，有限的电阻驱动器和斩波驱动器。任何该方法可以实现为一个双极或单极驱动程序。3.1、电阻限制的电流（左/右驱动器） 在这个基本方法的电流受限于电源电压和绕组的电阻，并在必要时，一个额外的外部电阻（丢弃电阻）：IM = Vsupply ( R + Rext )如果电机额定电压为一样的电源电压，Rext的被排除在外。对于给定的电机高速性能将提高增加电源电压。增加供应在有限的电阻电压驱动器必须由其他陪同电阻（Rext）与绕组来限制电流系列以前的水平。时间常数e = L ( R + Rext )减小，从而缩短了当前上升时间，见图6。图6 电阻限制电流使用这种方法的刑罚是功率损失额外的外部电阻。通常几瓦要消耗和供应。宽敞的功率电阻器，散热的考虑，一减少占用空间的电源供应器成本效益和限制左/右车道计划，小马达额定1 - 2瓦左右。3.2、在二层左/右驱动 在二层左/右驱动器提供了一个解决了电力浪费使用电阻下降。在年初目前集结期间，绕组连接到次要高电压供应。经过短暂的时间，当电流达到其标称水平，第二层供应断开。图7进一步解释。不利的双层车道是第二级电源。在一些应用中，5伏和12伏/ 24伏的情况下，它可能是一个具有成本效益的解决方案，但是，如果没有可用，它是一个昂贵的方法。这是可以使用倍压技巧。 图7 在二层的驱动器3.3、电流路径 另外一个很重要的考虑因素是在关断和电流路径相移。归纳性质绕组的电流要求道路总是存在的。当用开关晶体管，二极管，必须同时加入，使电流流动方向上的开关。对于双极驱动四个二极管，为每一个开关，按图8提供电流通路。请注意，有两个办法把目前的关闭，要么把所有晶体管关闭（路径3），或将只是其中的两个晶体管进行一次性（路径2）。图8 在双极电流通路驱动程序该前者给作为快速电流衰减在绕组电感储存的能量释放在高电压，Vsupply 后者给出了一个缓慢的电流作为计数器电压衰减仅两个二极管压降和整个绕组的电阻压降阻力。在目前的相移将迅速衰减既是开展晶体管处于关闭状态。对于高速度半步迅速衰减到在半步位置零是重要的。单极驱动程序多少更复杂，当谈到当前路径。原因是该全耦合的两半之间各相绕组，除了少量漏感。图9显示了一些可能的计划。由于耦合，大电压瞬变，至少两次电源电压时，会发生打开和关闭。二三极管额定开关必须在更更高的电压低于电源电压年龄。漏感会原因瞬变。因此，开关晶体管必须受缓冲网络或齐纳二极管的保护。图9 在单极电流通路驱动程序3.4、斩波控制 斩波器驱动程序提供了一个最佳的解决方案既电流控制当前和快速集结和逆转。其基本思想是使用的电源电压是高于数倍电机的额定电压。该电流上升率，这最初是第V / L，是从而可能增加很多。虚拟机的比例VM/ Vsupply是所谓的超速比例。通过控制凌占空比，平均电压和平均电流等于电机额定电压和当前的创建方式。通常配置为恒流规例，见图10 - 12。恒流监管实现切换输出电流的绕组。这是通过峰值感应电流通过通过绕组的电流检测电阻，有效地串联与电机绕组。当电流增大，电压在整个发展检测电阻，这是美联储回比较器。在预定水平，由电压定义在参考输入，比较器复位触发器，它关闭输出晶体管。目前跌幅直到触发时钟振荡器触发器，它的输出变为晶体管一遍，如此循环。该恒流控制的优点是精确控制开发扭矩，不论权力电源电压的变化。它也给最短的电流积聚和反转的时间。功耗最小化，以及电源电流。电源电流是不一样的相同马达铜驱动电流。这是电机电流乘以占空比：Isupply = IM ( VM Vsupply)图10 一个简化原理图显示恒流斩波器的原理监管图12显示了一个H桥作为一个恒定电流斩波配置。根据如何在H桥切换在关闭期间，目前要么