步進電機驅(qū)動器的驅(qū)動方式
步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的驅(qū)動器，如圖所示，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護單元等組成。圖中點劃線所包圍的二個單元可以用微機控制來實現(xiàn)。驅(qū)動單元必須與驅(qū)動器直接耦合(防電磁干擾)，也可理解成微機控制器的功率接口，這里予以簡單介紹。 1.單電壓功率驅(qū)動 實用單電壓功率驅(qū)動接口及單步響應(yīng)曲線 電路如圖所示。在電機繞組回路中串有電阻Rs，使電機回路 雙電壓功率驅(qū)動接口 時間常數(shù)減小，高頻時電機能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡單單電壓驅(qū)動線路中，Rs是不可缺少的。Rs步進電機單步響應(yīng)的改善如圖3(b)。 2.雙電壓功率驅(qū)動 雙電壓驅(qū)動的功率接口如圖4所示。雙電壓驅(qū)動的基本思路是在較低(低頻段)用較低的電壓UL驅(qū)動，而在高速(高頻段)時用較高的電壓UH驅(qū)動。這種功率接口需要兩個控制信號，Uh為高壓有效控制信號，U為脈沖調(diào)寬驅(qū)動控制信號。圖中，功率管TH和二極管DL構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)Uh低電平，TH關(guān)斷，DL正偏置，低電壓UL對繞組供電。反之Uh高電平，TH導(dǎo)通，DL反偏，高電壓UH對繞組供電。這種電路可使電機在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時功耗減小。 3.高低壓功率驅(qū)動 高低壓功率驅(qū)動接口如圖所示。高低壓驅(qū)動的設(shè)計思想是，不論電機 高低壓功率驅(qū)動接口 4.斬波恒流功率驅(qū)動 恒流驅(qū)動的設(shè)計思想是，設(shè)法使導(dǎo)通相繞組的電流不論在鎖定、低頻、高頻工作時均保持固定數(shù)值。使電機具有 圖6 斬波恒流功率驅(qū)動接口 恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。這是使用較多、效果較好的一種功率接口。圖6是斬波恒流功率接口原理圖。圖中R是一個用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當(dāng)電流不大時，VT1和VT2同時受控于走步脈沖，當(dāng)電流超過恒流給定的數(shù)值，VT2被封鎖，電源U被切除。由于電機繞組具有較大電感，此時靠二極管VD續(xù)流，維持繞組電流，電機靠消耗電感中的磁場能量產(chǎn)生出力。此時電流將按指數(shù)曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當(dāng)電流小于恒流給定的數(shù)值，VT2導(dǎo)通，電源再次接通。如此反復(fù)，電機繞組電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波，如圖所示。 斬波恒流功率驅(qū)動接口也有兩個輸入控制信號，其中u1是數(shù)字脈沖，u2是模擬信號。這種功率接口的特點是:高頻響應(yīng)大大提高，接近恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，共振現(xiàn)象消除，但線路較復(fù)雜。相應(yīng)的集成功率模塊可供采用。 5.升頻升壓功率驅(qū)動 為了進一步提高驅(qū)動系統(tǒng)的高頻響應(yīng)，可采用升頻升壓功率驅(qū)動接口。這種接口對繞組提供的電壓與電機的運行頻率成線性關(guān)系。它的主回路實際上是一個開關(guān)穩(wěn)壓電源，利用頻率-電壓變換器，將驅(qū)動脈沖的頻率轉(zhuǎn)換成直流電平，并用此電平去控制開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸入，這就構(gòu)成了具有頻率反饋的功率驅(qū)動接口。 6.集成功率驅(qū)動 已有多種用于小功率步進電機驅(qū)動器的集成功率驅(qū)動接口電路可供選用。 L298芯片是一種H橋式驅(qū)動器，它設(shè)計成接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，可用來驅(qū)動電感性負(fù)載。H橋可承受46V電壓，相電流高達2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的邏輯電路使用5V電源，功放級使用5~46V電壓，下橋發(fā)射極均單獨引出，以便接入電流取樣電阻。L298(等)采用15腳雙列直插小瓦數(shù)式封裝，工業(yè)品等級。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。H橋驅(qū)動的主要特點是能夠?qū)﹄姍C繞組進行正、反兩個方向通電。L298特別適用于對二相或 四相步進電機驅(qū)動。 專用芯片構(gòu)成的步進電動驅(qū)動系統(tǒng)
工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來提高導(dǎo)通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓UL來維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅(qū)動器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅(qū)動功率接口也有兩個輸入控制信號Uh和Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時刻跳變，如圖所示。圖中，高壓管VTH的導(dǎo)通時間tl不能太大，也不能太小，太大時，電機電流過載;太小時，動態(tài)性能改善不明顯。一般可取1~3ms。(當(dāng)這個數(shù)值與電機的電氣時間常數(shù)相當(dāng)時比較合適)。
