步进电机驱动电路范文1
PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器。该器件采用DIP16封装,适用于二相或四相步进电机。PMM8713在控制二相或四相步进电机时都可选择三种励磁方式(1相励磁,2相励磁,1-2相励磁三种励磁方式之一),每相最小的拉电流和灌电流为20mA,它不但可满足后级功率放大器的要求,而且在所有输入端上均内嵌有施密特触发电路,抗干扰能力很强,其原理框图如图1所示。
在PMM8713的内部电路中,时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入法。PMM8713有两种脉冲输入法:双脉冲输入法和单脉冲输入法。采用双脉冲输入法的连线方式如图2(a)所示,其中CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入法时,其连线方式如图2(b)所示,该图中的CK为时钟脉冲输入,步进电机的正反转方向由U/D的高、低电位决定。
片中的激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测;而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。
2 SI-7300A的结构及功率驱动原理
SI-7300A是日本三肯公司生产的高性能步进电机集成功率放大器。该器件为单极性四相驱动,采用SIP18封装,其结构框图如图3所示。
步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式,电压驱动方式有串联电阻驱动和双电压驱动两种,其中串联电阻驱动在相绕组中串联了一定阻值和功率的电阻。为了维持步进电机的相电流,通常要提高驱动绕组的相电压,因此绕组串联电阻驱动方式效率较低,但方法简单,成本低,故在实际驱动电路中使用较多。双电压驱动在每相绕组导通时,首先施加高电压VH使电流快速上升,当电压上升到规定幅值时,将高电压VH切断,此时,回路以低电压VL维持,电路驱动效率可大大提高,但因采用高低两种驱动电源,且电源切换的控制电路比较复杂,因而较少采用。电流驱动方式最常用的是PWM恒流斩波驱动电路,也是专用集成电路中最常用的能获得高性能的驱动方式,其中一相的等效电路图如图4所示。步进电机使用较高电压的电源时,绕组电流几乎可以近似直线地上升到预定值,此时由流过RS的检测电流去控制一个斩波控制电路即可关断T1,从而使绕组电流在续流回路(L、D1、T2、RS、)中续流并下降。当电流下降到规定时间后(达到某一电流)由脉冲电路产生脉冲至斩波控制电路可使T1接通,如此反复(由T1的反复开关)对绕组电流进行斩波控制,就可使电流平均值趋于恒定。外接稳压二极管D2、D3可用作嵌位保护和内部集成续流回路(外接检测电阻RS),从而避免T1开关所引起的尖峰感应电动势所造成的尖峰电压T1的危害。
3 在步进电机中应用
步进电机是常用的执行机构,它用脉冲频率控制转动速度,而用脉冲的数目来决定转动的角度。由于拖动负载大小不同,因此,仅仅接上电源是无法工作的,而必须接上相应的驱动器才能工作。驱动器的输出可为电机各相提供相应通电顺序的励磁电流。实际上,步进电机的工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和参数。步进电机可分为PM型、VR型和HB型三种。其相数有两相,三相、四相、五相、六相等,常用的有两相或四相混合式步进电机。
由SI—7300A、PMM8713和80C51构成的步进电机驱动电路如图5所示,图中,PD端为SI—7300A输出电流IO的控制端,可以悬空或接高电平,当接高电平时可以适当提高SI—7300A的输出电流IO。步进电机的旋转方向和旋转速度可通过80C51的键盘输入,同时通过软件可编程控制并行I/O 口P1.0和P1.1,以输出相应频率的脉冲来控制步进电机。步进电机采用42BYG009型时,驱动电压为24V,此时该功率驱动电路的矩频特性如图6所示。
图5
步进电机驱动电路范文2
关键词 单片机 步进电动机 驱动
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）03-0012-01
步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的机械角位移的机电执行元件，具有控制简单，运行可靠，无累积误差等优点，因此得到了广泛应用。步进电动机的控制一般由控制器完成。简单的控制过程可以用各种逻辑电路实现，但是线路复杂，成本高，更改不便，而微处理器的问世，为步进电动机控制器的研究开辟了新的领域。自上世纪七十年代美国Fairchild公司研制的第一台单片机F8问世以来，单片机就以惊人的速度在各个领域发展和普及，为设计功能很强而且价格低的步进电动机控制提供了先进的技术和丰富的资源。采用单片机作为控制器的核心，这种结构不仅可以提高系统的可靠性，较易于对其功能进行增强和扩展，而且可以减少硬件电路，有效地降低步进电动机控制器成本。
本文所设计的步进电动机驱动系统，主要实现工作台的进给运动。由单片机控制输出的进给脉冲的数量、频率和方向，经驱动控制放大电路和步进电动机后，再由其机械传动机构即可以转换为工作台的位移量、进给速度和进给方向，从而满足数控系统对位移控制的要求。其结构设计示意图如图1所示：
图1 3D定位装置的总体设计图
一、步进电动机的驱动电路设计
由步进电动机的工作原理可知，为了保证其正常工作，必须由步进电动机的驱动电路将控制器送入的弱电信号通过转换和放大变为强电信号，使脉冲电流达到1～10A，才足以驱动步进电动机旋转。步进驱动电路主要由环形脉冲分配器、功率放大器组成，其结构及功能框图如图2所示：
图2 步进驱动电路结构及功能图
1．环形脉冲分配器
环形脉冲分配器用于接收来自控制器的CP脉冲，从而控制步进电动机的通电方式。环形脉冲分配可以用硬件和软件两种方法实现，由于本设计是用单片机来控制步进电动机的转动，故只需软件编程，即利用单片机的并行端口循环输出按一定顺序排列的控制代码，经放大驱动电路送至步进电机各相绕组输入控制端。由于该数控装置中三个电动机的驱动方式完全类似，故仅以X向的步进电动机为例作说明。控制器单片机的P2.0～P2.3端口通过ULN2003A分别接X向步进电动机的A、B、C、D四相绕组控制端，选用1相励磁方式。如果正向顺序读取控制信号代码，电动机可以进行正转，如果反向顺序读取，电动机则实现反转。同时，如果改变各输出代码的延续时间，即可以改变电动机的转速。
2．功率放大器
从微机输出或从环形脉冲分配器输出的信号，脉冲电流一般只有几个毫安，不能直接驱动步进电动机，所以必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大。与步进电动机匹配的驱动电路较多，现多采用专用的集成驱动电路，设计中使用了ULN2003A芯片。ULN2003A 是高耐压、大电流达林顿阵列，为单片双极型大功率高速集成电路，是可控大功率器件，单片机的I/O口可以直接与之接口，实现驱动控制。设计中，单片机的P0.0～P0.3端口、P0.4～P0.7端口通过74LS245的A0～A3、A4～A7口，分别对应两个ULN2003A的1B～4B输入端口，信号脉冲通过P0口送出，继而控制Y、Z方向的电动机。其中，74LS245是三态输出的8路同相双向总线收发器，为常用的总线驱动芯片，使用它可以增加P0口的扇出能力。单片机的P2.0～P2.3引脚直接与第三个功率放大器ULN2003A的1B～4B输入端口相连，通过发送信号脉冲来控制X方向的电动机。在使用步进电机时，只需对P0和P2口赋予不同的值，即可使X、Y、Z向步进电动机实现相应动作，从而控制工作台运动。
3．光电隔离电路
为保证信号传输质量，有效地抑制干扰，提高系统的可靠性，在单片机与功率放大器ULN2003A之间，利用光电耦合器件4N25构成光电隔离电路。其目的是切断单片机与步进电动机驱动电路之间的电气联系，使之相互独立，以防止处于大电流、感性负载下工作的驱动电路产生的干扰信号通过输出通道反窜入控制系统，而影响单片机的正常工作。同时因为ULN2003A本身是一个7路反向器，所以在光耦与ULN2003A之间又增加了非门元件。
二、步进电动机的驱动程序设计
工作台的驱动元件选用步进电动机，而步进电动机的转角、转速及转向由输入的电脉冲信号的数量、频率以及电动机绕组通电顺序来控制，所以电动机的转动实际上是由单片机的输出信号所决定。同时由于负载和惯性的作用，步进电动机还可能存在启动时失步、停止时前冲的现象，故为了保证定位精度，步进电动机的运行速度都需要有一个加速－恒速－减速－停止的要求，以使其运行平稳、准确。
设计中选择步进电动机的加减速方式为直线匀加速和匀减速，采用了软件程序延时的方法来确定步进脉冲的周期，通过顺序改变步进电动机转动控制子程序的延时时间，从而有规律地改变输出的步进脉冲频率，便可达到匀加速匀减速之目的。系统运行过程中，程序设置匀加速、匀减速延时时间表首地址为TABT，R7作为存储变址寄存器数据的工作单元，应用MOVC A，@A+DPTR 指令查出延时时间常数并送给寄存器R4，通过规律性地改变R4工作单元中的延时时间常数，达到改变单片机输出的步进脉冲频率，继而实现电机调速的目的。
以下为电机匀加速延时子程序内容：
RUN1： MOV DPTR，#TABT
MOV A，R7
MOVC A，@A+DPTR
MOV R4，A
LCALL DEL1调用加减速延时子程序
INC R7
RET
电动机在启动前，应用程序先计算出总步数，并将加速脉冲数、减速脉冲数、恒速脉冲数分别存于NN0、NN2、NN1寄存器，然后调用电机转动子程序。电机每走一步，都要判断步数。电机匀加速过程中，用DEC NN0指令，一直执行NN0减1操作，当减至0时表示升速过程完毕，转入恒速运行阶段。电机恒速运行过程中，采用借位减法实现减1功能，一直执行NN1减1操作，当减至0时表示恒速过程结束，转入匀减速运行阶段。电机匀减速过程中，用DEC NN2指令，一直执行NN2减1操作，当减至0时表示减速过程完毕，已到达预定位置，电动机停转，并置电机停止标志位为1。
参考文献：
[1]郑晓峰.数控技术及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2008.
步进电机驱动电路范文3
1 STK672-080的主要特点
STK672-080是SANYO公司生产的一种步进电动机驱动器厚膜混合集成电路，它的输出级使用功率MOSFET组成，同时包含一个内部的微步距控制器和一个单极性的恒流PWM系统。STK672-080内部提供的4相步进电动机分配控制器可获得准正弦波驱动电流，从而使用户应用更简单方便。它有五种激励（通电）方式，可提供微步距控制以使步进电动机的基本步距角的最大红分为1/16。STK672-080步时电机控制器的速度由时钟信号控制。通过它可使用户方便地实现高转、低振动水平、低噪音、快速响应和高效驱动的自动机控制系统。
图1 STK672-080方块图
STK672-080的典型应用包括传真机发送与接收步进电动机驱动、复印机送纸和光学系统步进电动机驱动、激光打印机鼓驱动、打印机台架步进电动机驱动、X-Y绘图仪笔驱动、工业机械手以及其它步进电动的应用方面，其主要特点如下：
*只需外加个直流电源和一个时钟脉冲发生器即可完成一个四相步进电机正弦波电流驱动。
*可通过三个输入（M1，M2和M3）选择五种激励（通电）方式，包括：2相通电方式、1-2通电方式、W1-2相退方式、2W1-2相通电方式、4W1-2相通电方式等；
*在相通电方式切换时可保持原相电流不变；
*可用MOI脚作原点监视；
*利用M3端的逻辑电平可选择时钟信号上升沿起作用或时钟信号上升沿和下降沿都起作用；
*CLK输入端内含对外部脉冲噪音的故障防止线路；
*用参考电压Vref能设置0～Vcc2/2之间的任何数值，即使低电流下也支持微步距操作；
*电源电压范围宽（Vcc1=10～45V）；
*内部中带有电流传感电阻（0.15Ω）；
*内含最小驱动损耗的MOSFET，耐压为100V；
*电动机输出最大驱动电流IOH为2.8A（结温Tc=105℃）;
*采用特殊的SIP15单列直插式形式。
2 结构原理与引脚功能
STK672-080内部由控制和功率部分组成。功率级有4个MOSFET，并按低侧驱动方式工作，其中A相和B相内部有电流传感内阻和比较器，可用来实现相电流的PWM控制。控制部分的关键是有电流分配比开关和准正弦波发生电路。STK672-080可由三个输入逻辑来选择通电方式，并由外接参考电压Vref来设定最大电流值，以便在相电流PWM控制下得到相应的输出电流波形。图1所示是STK672-080内部结构。现将其各主要引脚的功能说明如下：
CLK：时钟输入。输入频率范围可从直流到50kHz，最小脉冲宽度为10μs，占空比范围为40～60%。此外，该端内部具有上拉电阻（典型值为20kΩ）、CMOS施密特触发器电路和多级噪声抑制电路。当M3为高或开路时，电路会在每个CLK上升沿使相激励前进一步；而当M3为低时，CLK信号的上升和下降沿都可使相激励前进步，因此每一个CLK周期可使相激励前进两步。
CWB：转向设定端。当CWB为高时，电动机旋转方向为顺时针；当CWB为低时，电动机旋转方向为逆时针。
ENABLE：ON/文秘站:OFF状态控制输出端。当ENABLE端的电压为高或开路时，为正常状态。当ENABLE为低时，电路处于维持状态，此时相激励输出（电动机电流）强制关闭。在这个模态中，系统时钟和其它输入均无效。
M1，M2和M3：用于选择激励方式和CLK输入边缘作用，内有上拉电阻（典型值20kΩ）和CMOS施密特触发器电路。表1是M1、M2和M3的操作真值表。图2为其操作时序。
RESET：复位端，低电平有效。
RESET脚为低电平时，所有电路复位到它们的起始状态。此时，不管通电方式如何，输出A和B相都置于它们的原点，即输出电流约在71%处。
Vref：PWM恒流环控制参考电压，用于根据需要控制负载电流的大小，通常Vref应限制在2.5V以下。此参考电压对应于100%的电机激励电流Ioh，其关系如下：
Ioh=Vref/（kRS）
式中，k可取4.7，Rs的值为0.15Ω时，Ioh为Vref/0.705。
MOI：原点监视引脚；
A，AB，B，BB：四相步进电机正弦波驱动输出，也可分别用于驱动二个两相电动机；
VCC2：电源引脚；
PG：器件接地端。
3 应用实例
图3所示是STK672-080用于四相步进电机的应用电路，图中，参考电压由Vcc经电阻分压得到，电阻R2取100Ω左右时可减少7脚输入阻抗的影响。STK672-080的8、9、12脚接高电位时，为2W1-2相激励方式。
表1 M1、M2和M3的工作真值表
M20011CLK输入时钟边缘作用M10101M312相1-2相W1-2相2W1-2相仅上升缘有效01-2相W1-2相2W1-2相4W1-2相上升和下降缘均都有效图4给出4W1-2相激励方式下的各信号波形时序图。这是最大红分为1/16的4W1-2相通电方式波形。在这种方式下，它的相比较器的参考电压波形接近正弦波。它在1/4周期内有16个微步，电流值有12个台阶值（具体如表2所列），这和正弦波理论值接近。因此，相电流输出也是准正弦波。
步进电机驱动电路范文4
关键词：步进电机;脉宽调制;AVR单片机;驱动电路
中图分类号：TP275 文献标识码：B
文章编号：1004373X(2008)0511303
Research on the PWM Drive Technology of Stepping Motor Based on Single Chip and CPLD
CHEN Xiangtao1,ZHANG Qianjin2,3
(1.Modern Education Technology and Information Center,Henan University of Science and Technology,Luoyang,471003,Luoyang,China;
2.School of Electronics and Information Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang,471003,China;
3.School of Computer and Information,Hefei University of Technology,Hefei,230009,China)
Abstract：In this paper,a realization system of control scheme based on AVR single chip and CPLD for three phase hybrid stepper motor is presented.The principle and structure block diagram are introduced.Besides,the design principle and realization for the core section of the control circuit are probed in detail.By using single chip to set up speed and direction.The control signals produced by the single chip are converted into final signals of control by the pulse coder by the CPLD.Through the driving circuit,it can control the speed and direction of the step-motor accurately.A current-controlled generation circuit of PWM is designed.The experiential results show,the system has the features of being easily modified,good flexibility,high reliability,powerful transplantable capability and with powerful resisting interfere.
Keywords：stepping motor;PWM;AVR single chip;drive circuit
步进电动机是一种将数字信号转换为位移(或直线位移)的机电执行元件，每当输入一个脉冲时，转轴便转过一个固定的机械角度，他具有快速起停、精确步进、没有积累误差且能直接接收数字信号的特点，在数字控制系统中得到了广泛的应用。步进电机的运动性能和他的驱动器有密切的关系，驱动器的性能的优劣直接影响到步进电机运行的好坏[1]。细分驱动方式可以减小步进电机的步矩角，提高分辨率，使电机运行更加平稳均匀，可以减小或消除低频振动。利用恒流和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。通常的步进电机控制方法是采用CPU配合专用的步进电机驱动控制器来实现，存在成本高、不同种类的电动机必须要有相应的驱动控制器与之配对的问题[2]。
1 混合式步进电机原理分析
混合式步进电机通常只有整步和半步两种工作方式，当要求更小的步进角和更高的分辨率时，可通过改变定子绕组电流来实现。绕组电流给定采用经量化处理后的正弦波并分段切入，将绕组电流给定与反馈进行比较，并根据比较结果决定该相绕组的通断，最终得到正弦化的定子绕组电流。步进电机在高度细分运行时需要在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场各项绕组的合成磁势矢量，即各相绕组电流的合成矢量应在空间作幅度恒定的旋转运动，这就需要在各相绕组中通以正弦电流，三相混合式步进电机的三相绕组A,B和C在空间位置上相差2π/3，如图1所示。
这是一个以32im为幅值、-[WTBX]α[WTBX]为幅角的逆时针旋转[GK!3]矢量。对于三相混合步进电机，三相绕组可以连接成星形或者三角形，按照电路的基本原理三相之和为0即:
通常对三相混合式步进电机进行驱动控制，需要产生相互独立的三相给定信号，然而按照上述分析，只需要产生两相绕组的给定信号，第三相绕组的给定信号可根据式(5)由其他两相求得。同样，只需要对相应的两相绕组的实际电流进行采样，第三相绕组的实际电流可根据式(5)求得。步进电机是脉冲电路驱动的伺服执行器件，在环行脉冲分配器的控制下，设输入一个控制脉冲，[HK]电机绕组的通电状态改变一次，三相步进电机在三相六拍的控制方式下，A,B,C三相的通电状态为：A-AB-B-BC-C-CA-A……。
2 混合式步进电机系统构成与实现
基于AVR单片机和CPLD的三相混合式步进电动机控制系统的结构框图如图2所示。
系统主要包括脉宽调制产生电路、逻辑合成电路、功率驱动电路和电源等4个部分。本设计采用的方法是：单片机采集到现场信号后计算出步进电机运转所需要的控制信息，经过参考电路与反馈信号发生相互作用，得到脉宽调制信号后再传给CPLD，CPLD把接收到的信息转换成步进电机实际的控制信号，即转动速度和转动方向，输出给电机的功率驱动电路模块。下面具体介绍脉宽调制产生电路和脉宽调制产生电路部分。
2.1 PWM信号产生
脉宽调制产生电路主要有单片机和的电路组成，如图3所示。
单片机主要完成转速、转向和细分数的设定。脉冲信号(CP)和方向信号(CW)均由外部控制电路输入，在脉宽调制产生电路中通过高速光电耦合器件和外部控制电路隔离，尽量减少由脉冲信号引入干扰的可能性。中心控制器件采用ATMEL公司的ATTINY2313单片机， ATTINY2313单片机使用AVRRISC结构，有32个8位通用工作寄存器，全静态工作，工作于20 MHz时性能高达20 MIPS。内部集成了128 B的系统内可编程E2PROM和128 B的片内SRAM，具有独立预分频器及比较模式的8位定时器/计数器，有两个全双工的串行通信口，集成看门狗复位电路，由于具有这些优点，使得驱动电路变得更加简洁和高效。在单片机的E2PROM内存储相应的sin(α)和sin(α+2π/3)波形的函数值，单片机复位后，首先读出PD3,PD4和PD5的值，来确定细分的大小，细分的数目可以任意设定，这使系统的通用性有了很大的提高。PD2口读入脉冲，PD8读入电动机的转向。波形发生器的工作原理：在输入步进脉冲CP和方向逻辑控制信号CW的同时，来判定细分的数目，E2PROM中有选择的读出需要的sin(α)和sin(α+2π/3)波形函数细分值，在经过D/A转换器TLC7528变成模拟量[3-5]。由于TLC7528只有两路输出，所以只能得到两路模拟量，即在TL084B的第7(VOA)脚和14(VOB)脚得到相位差2π/3的正弦波。
由于需要的是三相相位差是2π/3的正弦波，可以用┦(5)的方法，在VOA和VOB的输出端用一个加法器和一个反相器就得到第三相正弦波信号，式(6)为其简单的推导。
2.2 功率驱动电路
功率驱动电路采用三菱公司的IPM功率模块PS21564。PS21564是专用的电机控制器，适用于三相步进电机控制。他内部有三个相互独立的高低端输出通道，可以驱动工作电压不高于600 V的MOSFET和IGBT。他自身的工作电源电压范围13-5～16-5 V，输出驱动信号电压为20 V，输出最大正向峰值电流为30 A，他的输出驱动信号的最小上升时间为600 ns，最小下降时间为300 ns，可以在较高的频率下工作。通过外接采样电阻，当被驱动器件过流时，内部的过流保护电路就会封锁输出，从而保护功率器件不被损坏。应用HVIC实现集成电平转移，高电平导通逻辑，可与DSP/MCU接口兼容。智能IPM功率模块内置短路、欠压保护电路，输入信号端内置下拉电阻，外部无须再下拉电阻，热阻低，易于散热，2 500 V绝缘耐压，驱动电路如图5所示。
信号在CPLD内转化为PS21564所需要的六路桥，经74HC14反相器输入到PS21564，处理转换成U,V,W来驱
3 结 语
利用本文设计的驱动器带动90BYG306三相混合步进电机进行试验，三相绕组用三角形接法，采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全数字式电流环控制，三相正弦电流驱动输出，使三相混合式步进电机低速无爬行、无共振区、噪音小。该系统具备细分和半流功能，多种细分选择，最小步矩角可设置为0.036°。采用细分驱动后扭矩波动大大减小，从而消除了低频振荡对系统的影响，同时降低了高频失步对系统的影响。单片机程序由ICCAVR编写，复杂可编程逻辑器件程序由ISE 9.1i编写。由于步矩角减小电机分辨率高，波形输出稳定，电机运行更平滑，噪声更小电机驱动平稳。另外驱动电路具备短路、过压、欠压、过热等保护功能，可靠性高。
参考文献
［1］刘宝延,程树康.步进电动机及其驱动控制研究[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.
［2］赵小强.基于FPGA的步进电机定位控制系统的设计[J].现代电子技术,2007,30(10):55-57.
［3］张文超.步进电机PWM恒转细分驱动技术研究[J].机械制造,2003,41(6):33-34.
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作者简介
陈祥涛 男，1978年出生，硕士研究生。研究方向为控制理论与控制工程，信号与信息处理。
步进电机驱动电路范文5
概述
越来越多的汽车中配备了电动门窗，步进马达的控制电路对汽车电动门窗的整个质量尤为关键。下面介绍一种比较实用的汽车电动门窗步进马达的驱动电路，该电路采用SHINDENGEN(新电元)公司推出的一款两项双极型步进电机驱动集成电路MTD2005F，特别适用于大功率的汽车电动门窗步进马达的控制。MTD2005F是两相电机恒流驱动芯片，它集成了功率器件和控制逻辑，外部需要连接一些简单的器件，实现电机的恒流斩波控制。
MTD2005F恒流驱动
MTD2005F的恒流驱动电路，电机线圈电路。电路的工作过程如下。
(1)外部信号控制Q1、Q2开启，产生电流A(电源Q1马达线圈Q2Rs地)，电流A通过采样电阻Rs转换成电压Vs，当Vs升高到达参考电压Vref时，电流比较器输出一个控制信号关断Q1。
(2)当恒流控制被激活后，Q1被关断，线圈的电感感应产生电流B(地一DfW马达线圈Q2Rs地)。
(3)电流B在经过斩波周期T之后，Q1再次被开启，再次产生电流A。电流重新上升，当Vs上升达到参考电压vref时，Q1再次被关断。在这个之后，第二步和第三步不断循环。
(4)外部信号关断Q1、Q2，产生电流C(地DfW马达线圈Dfb电源)，电流迅速降低。
驱动电流的设计
驱动电流Ip的设计见下面公式。
Ip=(5・R3)/(RR2+RR3)・N・(1/Rs)
其中，R2、R3如实例中的R2、R3；Rs为电流采样电阻，如实例中的R6，R7；N为PWM的百分比。
在电机运行过程中，如果控制系统修改PWM值，则就改变了电机的驱动电流Ip。这在实际应用中很重要。比如电机需要进行加速和减速，电机驱动电流最好就需要改变。
斩波频率的设计
斩波周期T=0.72ct・Rt
斩波频率f=1/T
为了避免进入音频范围而产生噪声，斩渡频率f通常被设置至少20kHz。但如果频率太高，则会增加集成芯片的功耗，使发热量增加。建议Ct=4700pF(2200～4700pF)，Rt=13k Q(10-40kΩ)，斩波频率f最大值为30kHz。
降低功率的设计
在输出端和电源地之间插入肖特基二极管，可以降低IC驱动片的功耗，电路。
这些外部的肖特基二极管可以分流大部分续流电流，从而减少芯片内部的功耗。降低功耗的效果也取决于插入的肖特基二极管，建议采用SHINDENGEN(新电元)公司推出的DIFS4肖特基二极管。
输出电流的逻辑控制
相位A、B控制电流的方向。在l-2项激励的情况下，ENA A和B按组合使用。下面是真值表和控制顺序。
步进马达加减的设计
通过输出电流的逻辑控制，可以使步进马达正向转动或者反向转动。为减少电动车窗在运行中的噪声和晃动，需要使步进马达能够平稳加速到一定的速度，或者减速到停止。
加减速曲线一般有2种：渐进式和阶梯式。在汽车电动车窗的应用中，阶梯式在实际使用中效果更好。
应用实例
应用实例的电路原理，PWM设计值为50％，所使用的器件参数如下。
U1：MTD2005F
U2：74HCT07
R1：13K，1％
R2：10K，1％
R3：1K．1％
R4、R5：10K
R6、R7：0.33Ω，1W，1％
C1：4700pF，5％
C2、C3：1000pF
C4：47μF．50V
C5：0．1μF
D1、D2、D3、D4：DIFS4
斩波频率理论值：f=I/0.724700・10-12・13・103=22.7kHz；
步进电机驱动电路范文6
关键词：驱动领域；微特电机；控制系统；可靠性技术
中图分类号：TM351 文献标识码：A0. 前言
20世纪30年代，微特电机开始兴起，它是应军事装备、科学技术发展而快速发展起来的一门技术，按照其用途可划分为驱动用微特电机和控制用微特电机两种类型。对于驱动用微特电机来说，转换能量是其最主要的任务，在农业、工业等各个领域中发挥着不可替代的作用。在微特电机及其控制系统运行过程中，电力电子器件不可避免地出现故障现象，影响到电机驱动系统的可靠性，尤其是在军事装备以及航天等重要领域，对电机驱动系统可靠性要求更为严格。为此，加强对驱动用微特电机系统可靠性技术的研究，具有重大的现实意义。在国际的相关研究成果中，把可靠性技术划分为冗余和容错两种方法。本文主要是从微特电机驱动系统可靠性、系统主要故障进行分析，并在此基础上提出提高微特电机驱动系统可靠性建议，希望能够引起国内相关科研人员的高度重视，加大对驱动用微特电机及其控制系统的可靠性技术研究，推动国内在此领域技术进一步发展。
1. 可靠性理论概述
所谓的可靠性主要是指在规定的时间以及条件内，产品可以顺利完成某一规定功能的一种能力，或者说是产品维持功能的时间。电机驱动系统在多个领域当中都得到了充分应用，电机驱动系统在不同的场合完成规定功能的能力也会存在差异。例如：对于电动车来说，虽然它的驱动系统有一部分发生了故障，但因为系统具备容错能力，为此可以带故障继续运行，及时电动出的转速质量在不断地下降，这些故障不会影响到它的运行。可以及时把电动车送到维修店进行维修，在这种情况下，可以说电动车在存在故障的情况下顺利完成了规定的功能，它的功能并没有失效。又例如，对于高射炮来说，它的3个主要功能分别为射速、射程和命中精度3个方面，如果该电机驱动系统发生了故障导致仅有两个功能符合要求，这种情况下是不能说明其顺利完成规定的功能。所以，在判断一个产品是否顺利完成规定功能，首先需要把判断故障的主要依据明确出来，接着再于实际情况进行结合分析。工况不同，判断产品功能失效的标准也会有所不同。
2. 电机驱动系统主要故障
一般来说，电机驱动系统的故障情况可划分电气故障和机械故障两种。
不同的类型，其表现出来的故障也会存在差异。对于电机结构来说，其内部一般存在励磁绕组和电枢绕组两套绕组。因此，电机本体内的主要故障主要是指励磁绕组和电枢绕组两套绕组发生短路或者断路。对于永磁电机来说，其电机体内只有电枢绕组没有励磁绕组。在条件相同的情况之下，绕组发生故障的几率往往比较低。但是，永磁电机自身也存在一定的局限性：因为永磁体主要是在转子的表面进行安装且不容易冷却，容易导致高温发生退磁故障现象。在运行环境一样的条件之下，和其他一般的电机对比，开关磁阻电机发生故障的几率也是比较低，因为在内部均不存在永磁体，也不存在绕组。
一般来说，电机本体故障主要分为以下几种情况：
（1）绕组发生断路。
（2）绕组匝间、绕组出线端、绕组相间发生短路。
（3）永磁体励磁发生故障。
此外，驱动电路的功率变换器故障也是电机驱动系统的故障表现，一般可分为以下几种：
（1）直流母线接地。
（2）输入电源对地短路。
（3）开关器件操作过程中发生失误。
（4）功率开关器件操作过程中，发生断路。
对于电机驱动系统来说，要具备高可靠性应满足以下几个基本特征：电机的结构设计以及驱动控制电路相间的电耦合、磁耦合、热耦合可以达到最小，当发生以上描述的各种故障的时候，可以及时对一部分故障进行物理隔离，在最大程度上降低故障产生的影响，即发生一个或者多个故障的时候，电机依然可以在仅符合某一种技术指标的条件下带着故障继续运行，具备比较高的可靠性。
3. 如何进一步提高微特电机驱动系统可靠性
一般来说，可通过以下几个有效途径来进一步提高微特电机驱动系统可靠性：
3.1 从驱动电路拓扑结构着手
不断开发高容错性的驱动系统电路拓扑结构是提高微特电机驱动系统可靠性的关键。在一般情况下，并联冗余相和提高缺相容错能力的方法来实现高可靠性的电路拓扑结构，电路需要具备一定的独立性是两者的前提要求。当发生故障现象的时候，其他相会承担这一部分的工作，不会给其他相的工作造成任何的影响。冗余技术可以确保系统正常运行，并进一步增强电机驱动系统的可靠性。并对控制线路和相数进行备份。虽然采用冗余结构可在很大程度上提高驱动电路的可靠性，但是由于用相的驱动电路增加了，也进一步增加了整个系统的成本，在一定程度上造成累赘以及浪费。
3.2 从电机本体结构着手
电机本体自身具有良好的容错性，对于SR电机来说，双凸极是其主要的结构，磁体、绕组、电刷等都没有在转子上安装，由于结构比较简单，当其处在高速度运行状态系的时候可以降低故障发生几率。集中绕组是R电机定子主要采用的方式，从空间上来分析，相对的定子极串联形成一相，所以它们之间是相对独立的，这种独立又可以分为电路的独立和磁路的独立。当发生短路或者断路等故障的时候，不会给其他相关的工作造成影响，利用检测装置，对故障及时进行监测，并及时在该系统把该相进行切除，防止电机运行的过程中出现故障。当电流一定的时候会不但会促使转矩脉动不断变大，还会促使平均转矩不断下降，为了提高电机在断路故障下的运行特性，把驱动电路分别于每一个极下的绕组互相进行连接。如果在运行的过程中，某一极绕组发生了故障，且该极下绕组电压为零，此时电机的转矩主要是由该相的另外一极的绕组来产生。但是，当SR电处在这种结构下发生故障的时候，不但会产生比较大的径向力，还会导致电磁力产生不平衡感。针对这些存在的问题，使用双绕组结构的SR电机进行布局可以进行弥补。
3.3 从传感集成技术着手
在电机驱动系统中，传感器是重要的组成部分，发挥着无可替代的作用。与此同时，它也其中一个安全隐患之一，长时间使用之后，受到各种因素的影响，传感器会出现不同程度地损坏，加之灰尘会给光电信号造成阻挡，容易导致系统发生故障，给整个驱动系统的正常运行造成影响。为此，在电机驱动系统的传感器集成技术方面还需要进一步深入研究，才能进一步提高系统的可靠性。
在无位置传感器技术方面，很多国外相关学者也进行了大量的研究，并或缺了很多成果，总结出很多方法。一般来说，无位置传感器检测方法主要是通过构造一个转子位置信号的检测电路，而不是在定子上直接安装位置传感器。采用较为先进的检测技术和计算机技术，主要从硬件、软件两个方面来着手，电机本身具备一定的电压、电流参数，可以充分借助这些参数达到获取转子的位置信息的目的。续流二极管法、查表计算法、反电势法以及查表计算法等等都是经常被使用到的方法，且都比较成熟。此外，在国外有很多类型的研究成果，研究者主要借助相关的软件和硬件对电机驱动系统的温度传感器以及电流传感器进行研究，并取得了较为理想的研究成果，这些成果为日后微特电机驱动发展以及应用提供了有效的借鉴和参考。
结语
综上可知，对高可靠性的微特电机及其控制系统进行开发具有重大的现实意义。本文分析了可靠性工程的基本原理，并探讨了提高微特电机驱动系统可靠性的有效途径，虽然对于微特电机驱动系统可靠性技术的研究取得了一定的成果，但由于起步较晚，技术还未完善，理论和技术还需要加以完善。
参考文献
[1]牒正文.微特电机发展概况及建议[J].电工技术杂志，2015，23（6）：445-447.
