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步進電機微步驅動電路基本結構

發(fā)布時間：2020-09-18 08:03:12

在傳統(tǒng)的步進電機開環(huán)驅動方式中，僅對相繞組電流進行通斷控制，由此得到的電機繞組通電狀態(tài)組合的數(shù)目(每一通電循環(huán)中轉子的旋轉步數(shù))是有限的，取決于電機相數(shù)；其機械步距角與電機相數(shù)和轉子齒數(shù)嚴格對應。為得到不同的步距角必須改變電機結構。在轉子齒數(shù)一定的條件下，增加相數(shù)才能提高電動機的分辨率。例如五相步進電動機比二相電動機增加了相數(shù)，提高了分辨率，許多運行性能得到提高，成為一個獨立的系列產(chǎn)品。是否可以在不改變電機結構的前提下，獲得更小的步距角呢?這可以通過改進驅動電路中對繞組電流的控制方式來實現(xiàn)，也就是微步驅動技術。微步驅動技術是一種電流波形控制技術。其基本思想是控制每相繞組電流的波形，使其階梯上升或下降，即在0和最大值之間給出多個穩(wěn)定的中間狀態(tài)，定子磁場的旋轉過程中也就有了多個穩(wěn)定的中間狀態(tài)，對應于電機轉子旋轉的步數(shù)增多、步距角減小。采用細分驅動技術可以大大提高步進電機的步矩分辨率，減小轉矩波動，避免低頻共振及降低運行噪聲。

由上述說明可知，微步驅動是跟蹤給定電流波形的相繞組電流閉環(huán)控制。控制電路根據(jù)預先存儲的電流給定波形和輸入控制脈沖序列的狀態(tài)，實時給出當前步各相繞組電流的給定值與電流反饋值比較，改變主電路MOSFET驅動脈沖寬度，控制相繞組電流為給定值。圖5給出了微步驅動電路結構框圖。圖中EPROM用來存儲電流給定波形，循環(huán)加減計數(shù)器對輸入控制脈沖序列循環(huán)計數(shù)給出對應于當前步的EPROM存儲空間地址，EPROM輸出相應的電流給定值數(shù)字量，經(jīng)D／A轉換得到電流給定值模擬量，與反饋值比較得到當前電流誤差值，該誤差值經(jīng)電流控制器、PWM控制單元的作用改變MOS—FET驅動脈沖寬度，控制繞組電流為給定值。采用電流波形控制技術后，可以方便地實現(xiàn)微步驅動。相數(shù)少的電動機，也可以提高分辨率，在必要時可以很高，達到接近連續(xù)運行控制器的狀態(tài)，稱為“類伺服”特性。微步驅動是步進電動機驅動技術的一次飛躍。微步驅動技術推廣應用以后，對產(chǎn)品設計帶來了方便。為了獲得理想的分辨率，可以不受電動機相數(shù)的限制。作為一種速度／位置開環(huán)驅動技術，微步驅動也存在一些問題需要解決。首要的是如何事先給定合適的繞組電流波形，使電機在全頻域范圍內獲得理想的轉矩特性并保證步距精度。

由微步驅動的原理和工作過程可以看出，相繞組電流給定波形對微步驅動步進電機系統(tǒng)的性能具有重要意義。一方面，我們希望電機步距角均勻，定位準確；另一方面，希望電機系統(tǒng)能夠具有合適的輸出力矩特性，例如低頻恒轉距。在微步驅動系統(tǒng)中，這些性能要求都
需要通過給定合適的相繞組電流波形來實現(xiàn)。