步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

　　步进电机的驱动原理及方法

　　步进电机的驱动原理

　　关于步进电机的驱动机械装置，用简单的构造图简易说明，在图1 是为了要说明步进电机驱动原理的构造图，在固定架构上有4个电磁铁并列这，它的下方有一个可动磁铁对向这，而且，在磁铁的下侧上装置了引导滚轮作直线状的引导轴，沿这左、右移动的构造。

　　如此，在此对步进电动机的动作顺道追加说明，现在，电磁铁L1和可动磁铁Mg之间相互作用产生的磁气吸引力，因而在这里场合，（a）部的位置滑动部产生静止作用，其次是电磁铁L2激磁时，刚才的电磁铁L1 OFF，由于如此可动磁铁就被吸引附在电磁铁L2的位置上，就成为在（b）的位置上，更进一步的在电磁铁L3受激磁时，刚才的电磁铁L2 OFF，由于如此可动磁铁就移动至电磁铁L3的位置为止，就成为在（c）的位置上。

　　以下，依照这各动作而反复的操作，可动磁铁就会向箭头方向移动，因而，依照像这种动作顺次的操作下，可以实现出一种致动器（在此为直线运动），还有，在此所使用的电磁铁L1~L4，在任何可动磁铁（Mg）侧上，都以产生N极的电流流通。

　　而且，在此所说的构造图并不是只能有4个电磁铁而已，在必要上也可增加它的对应数。

　　图1的电机为直线型运动，总之就是属于线性步进电机，因而，就如这样并不能成为转型的情况，如此，为了要成为转型就必须下些功夫，图2为了要使刚才线性型的构造成为旋转型的总结，所以它的驱动原理在本质上和刚才的直线运动型一样。

　　步进电机的5种驱动方法

　　1. 恒电压驱动

　　单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电，多个绕组交替提供电压。该方式是一种比较老的驱动方式，现在基本不用了。

　　优点：电路简单，元件少、控制也简单，实现起来比较简单

　　缺点：必须提供足够大的电流的三极管来进行开关处理，步进电机运转速度比较低，电机震动比较大，发热大。由于已经不再使用，所以不多描述。

　　2. 高低压驱动

　　由于恒电压驱动存在以上诸多缺点，技术的进一步发展，研发出新的高低压驱动来改善恒电压驱动的部分缺点，高低压驱动的原理是，在电机运动到整步的时候使用高压控制，在运动到半步的时候使用低压控制，停止时也是使用低压来控制。

　　优点：高低压控制在一点程度上改善了震动和噪音，第一次提出细分控制步进电机的概念，同时也提出了停止时电流减半的工作模式。

　　缺点：电路相对恒电压驱动复杂，对三极管高频特性要求提高，电机低速仍然震动比较大，发热仍然比较大，现在基本上不使用这种驱动模式。

　　3. 自激式恒电流斩波驱动

　　自激式恒电流斩波驱动的工作原理是通过硬件设计当电流达到某个设定值的时候通过硬件将其电流关闭，然后转为另一个绕组通电，另一个绕组通电的电流到某个固定的电流的时候，又能通过硬件将其关闭，如此反复，推进步进电机运转。

　　优点：噪音大大减小，转速一定程度上提高了，性能比前两种有一定的提高。

　　缺点：对电路设计要求比较高，对电路抗干扰要求比较高，容易引起高频，烧坏驱动元件，对元件性能要求比较高。

　　4. 电流比较斩波驱动（目前市场上主要采用的技术）

　　电流比较斩波驱动是把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D/A转换器输出的预设值进行比较，比较结果来控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。

　　优点：使运动控制模拟正弦波的特点，大大提高性能，运动速度和噪音都比较小，可以使用比较高的细分，是当前流行的控制方法。

　　缺点：电路比较复杂，对电路中的干扰难以控制和理论要求相吻合，容易产生抖动，在控制形成正弦波的波峰和波谷，容易导致高频干扰，进而导致驱动元件发热或者由于频率过高而老化，这也是很多驱动器使用1年多的时候容易出现红灯保护的主要原因。

　　5. 潜进式驱动

　　这是一种全新的运动控制技术，该技术是在当前电流比较斩波驱动技术的前提下，克服其中的缺点而创新的一种全新的驱动方法。其核心技术是在电流比较斩波驱动的前提下增加了驱动元件发热和高频抑制保护技术。

　　优点：兼有电流比较斩波驱动的优点外，发热特别小，使用寿命较长。

　　缺点：全新技术，价格比较高，目前每种步进电机和驱动器匹配要求相对比较严格。