一种步进电动机恒流驱动电路 (1988年)

### 步进电动机恒流驱动电路关键技术解析 #### 一、引言 步进电动机作为一种广泛应用在工业自动化领域的执行机构，其性能直接影响到机械设备的整体表现。在步进电机的应用过程中，驱动电路的设计尤为关键，它直接关系到电机的工作效率、稳定性以及使用寿命。本文介绍了一种针对步进电机的恒流驱动电路设计，该设计旨在解决传统驱动电路中存在的问题，提高电机的工作能力和效率。 #### 二、步进电动机工作电流的特点 步进电动机的工作电流具有脉冲特性，其电流会在一定周期内通断。电机的性能主要由相绕组通过的电流幅值和密度决定，这些因素确保了电机气隙中有足够的磁通量和绕组中有适当的工作电流。为了提高电机的工作能力，需要使绕组接通电源后的电流能够快速上升至预定的工作电流值，并在整个控制脉冲持续时间内保持恒定。 #### 三、传统驱动电路存在的问题 传统的步进电机驱动电路主要有两种：电阻加速方法和脉冲加速方法。 - **电阻加速方法**：通过在电机相绕组串接一个恒值电阻来限制电流上升速度，这种方法虽然简单，但是效率较低，尤其是在高频工作条件下。 - **脉冲加速方法**：通过在一段时间内由较高的电压切换到电机绕组的短路电压，虽然可以改善电机的高频特性，但是在高压冲击下会导致电机低频震荡和重载问题。 #### 四、斩波型恒流驱动电路原理 斩波型恒流驱动电路是一种较为先进的驱动方式，它可以克服传统驱动电路中的不足。该电路通过让步进电机绕组在每个脉冲持续期内多次接到高压电源上，以此来维持或调节工作电流的恒定大小，并具有电流平均值自动检测功能。 具体工作原理如下： 1. **启动阶段**：当输出接口送出进给脉冲时，驱动电路上下开关晶体管BG1和BG2被激活，电机绕组接通电源，电流开始上升。 2. **检测与调节**：当绕组电流上升到预定值时，取样电阻R1上会检测到一定的电压信号，经过整形处理后传递给门电路，使其关闭。此时，上开关BG1截止，绕组通过回路释能，电流下降。 3. **重复过程**：随着电流下降，取样电阻R1上的电压也会降低，门电路重新开启，上开关BG1再次导通，电机绕组再次接通电源，电流再次上升。这个过程会在每个进给脉冲持续期内重复进行。 #### 五、斩波型恒流驱动电路的优势 斩波型恒流驱动电路相比于传统的驱动方式，具有以下几个显著优势： 1. **效率高**：由于取样电阻R1的数值较小（通常为0.2Ω），开关晶体管BG1和BG2处于开关状态，因此整个电路的功耗较小，效率较高。 2. **输出力矩大**：通过调节锯齿波的波顶高度，可以将流过绕组的电流幅值增加到额定工作电流数值，从而使电机输出更大的力矩。 3. **结构简单**：电路设计使用较少的元器件，结构简单，易于维护。 斩波型恒流驱动电路是一种高效、稳定的步进电机驱动方案，特别适用于需要高精度控制的场合。通过合理设计和优化，这种驱动电路能够极大地提升步进电机的性能，满足现代工业自动化系统的需求。