A雙極性步進(jìn)電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

雙極性步進(jìn)電機(jī)包含兩繞組，為了使電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，不斷的給這兩個(gè)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(dòng)起來。

通常，步進(jìn)電機(jī)不是由模擬線性放大器驅(qū)動(dòng)；而是由PWM電流調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)，把線性的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成了離散的直線段信號(hào)。 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(shí)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(dòng)IC采用4到64段細(xì)分。整步驅(qū)動(dòng)，每一時(shí)刻只有一個(gè)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(gè)步進(jìn)電機(jī)機(jī)械狀態(tài)。半步驅(qū)動(dòng)，比整步驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)復(fù)雜一些，在同一時(shí)刻，可能兩個(gè)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(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子走一步的角度將會(huì)隨著細(xì)分?jǐn)?shù)的增加而減小，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)也越來越平穩(wěn)，例如把一個(gè)32段細(xì)分序列稱為八分之一步驅(qū)動(dòng)模式(見圖1)。

圖1：細(xì)分驅(qū)動(dòng)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(gè)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(duì)步進(jìn)電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行非常重要。

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

1、在低速運(yùn)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(yùn)行的步數(shù)錯(cuò)誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤的定位。

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

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(dòng)IC，依靠步進(jìn)電機(jī)繞組的電感特性實(shí)現(xiàn)PWM電流調(diào)節(jié)。通過每個(gè)繞組對(duì)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(dòng)電流。一旦電流達(dá)到設(shè)定值，H橋就會(huì)切換控制狀態(tài)，使得輸出電流衰減。 一定固定時(shí)間后，一個(gè)新的PWM周期又會(huì)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(dòng)繞組的電流衰減控制方式有兩種：

1、繞組短路(同時(shí)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)。