步进电机驱动控制的研究+文献综述(6)
图8 步进电动机的运行矩频特性曲线[10]
4 步进电机多种驱动器简介
步进驱动器：是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器发来的脉冲信号转化为步进电机的角位移，电机的转速与脉冲频率成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲数就可以精确定位。
图9 电机控制原理图[3]
4.1 恒流驱动
恒流控制的基本思想是通过控制主电路中MOSFET的导通时间，即调节MOSFET触发信号的脉冲宽度，来达到控制输出驱动电压进而控制电机绕组电流的目的；
斩波恒流驱动方式可较好地解决导通相不论在锁定、低频或高频工作时都保持额定值的问题并提高步进电机的效率和力矩。斩波型驱动大体上可分为两种:一种是斩波恒流驱动，另一种是斩波平滑驱动。较广泛应用的是斩波恒流驱动，恒流斩波功放的优点为:
⑴各相斩波频率相同，有效地抑制了因各相斩波频率不同而产生的噪声；
⑵斩波频率高，消除了H频噪声，电机运行时安静无污染；
⑶高频运行时电流平滑，高频性能好；
⑷斩波频率和脉宽可调，容易调整最佳运行状态:
斩波恒流驱动电路的主回路由高压晶体管、电动机绕组、晶体管串联而成。
图10 斩波恒流驱动原理图[3]
图11 恒电流斩波驱动电压与电流的关系[3]
4.2 单极性驱动
单极性驱动电路使用四颗MOS晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机结构包含两组带有中间抽头的线圈，整个电机共有优尔条线与外界连接。这类电机有时又称为四相电机，但这种称呼容易令人混淆又不正确，因为它其实只有两个相位，精确的说法应是双相位优尔线式步进电机。
图12 步进电机单极性驱动电路图[8]
4.3 双极性驱动
双极性步进电机的驱动电路使用八颗MOS晶体管来驱动两组相位。双极性驱动电路可以同时驱动四线式或优尔线式步进电机，虽然四线式电机只能使用双极性驱动电路，它却能大幅降低量产型应用的成本。双极性步进电机驱动电路的晶体管数目是单极性驱动电路的两倍，其中四颗下端晶体管通常是由微控制器直接驱动，上端晶体管则需要成本较高的上端驱动电路。双极性驱动电路的晶体管只需承受电机电压，所以它不像单极性驱动电路一样需要箝位电路。
图13 步进电机双极性驱动电路图[8]
4.4 微步驱动
微步驱动技术是一种电流波形控制技术。其基本思想是控制每相绕组电流的波形，使其阶梯上升或下降，即在0和最大值之间给出多个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程中也就有了多个稳定的中间状态，对应于电机转子旋转的步数增多、步距角减小。采用细分驱动技术可以大大提高步进电机的步矩分辨率，减小转矩波动，避免低频共振及降低运行噪声。微步驱动技术实现的关键是各相绕组电流的选择。一般按静转矩位移曲线选择电流，但是实际的步进电动机静转矩位移曲线并不是理想正弦曲线。另外，相电流和静转矩的关系也不能精确建立。因此，为了实际的运用和计算机控制器的便利，一般均匀划分相电流，但可能引起步矩角的不均匀，这可通过均化手段进行改善。
图14 步进电动机微步驱动电路基本结构框图[28]
图15 微步驱动相电流时序图[8]