恒力矩步进电机驱动器分析设计

电路，如图8所示。

　　对于两相恒流载波步进驱动器的基本功能就是电机的方向，速度可通过上位机发送的脉冲信号控制，并为设备安全运行考虑，应具有急停(使能)功能。L297的CLOCK接收可以来自上位机，每个CLOCK的上升沿使内部的变换器改变状态，产生控制时序并从a、b、c、d引脚输出。L297还具内部同步斩波输出功能，以便于多个驱动器同步；内部半步/整步控制等。对于单一的设备，这样的驱动器或许已经够用，而当面对各种客户，不同的设备，需要的电机也不一样，自然电流大小也是不一样的，那么在设计驱动器时，还需要从这个经济性角度考虑，驱动器应具备调整电流大小的功能。如图9，下滑滑动变阻器R7，NPN管的集电极电位变小，那么开关作用的NPN管完全开启时，发射极的电位约等于集电极电位，即L297上的Vref变小，L298反馈电阻上的最高电位也即Vref。此时从公式Vref=I*r(反馈电阻)，可以看出绕组内的I也将变小，反之变大。本电路中的反馈电阻为R10、R11，值为1.0Ω/4W。所以电机电流I（A）=Vref/1.0Ω。只需万用表测量JT2的1，2两端的电压值就可得到相应的电流I。

　　虽然L297+L298驱动器都具有内部半步/整步控制，但是若不改进控制电路，其输出的峰值电流不变的，这样会致使双相整步时的输出力矩是单相整步时的倍，同样在半步状态也会有这样问题。那么力矩输出的不平稳会使驱动器的应用范围，可靠性大打折扣。

　　所以笔者为了保证步进电机恒力矩换相，如图9，

　　将L297输出时序信号a、b，c、d信号经或门7432相或后再经与非门7400相与后，置R16低电平或高电平，从而改变NPN管的基极电位，控制其输入到L297的Vref电压大小。当L297输出单相激励信号或者半步单相激励信号使相绕组单相工作时，将提升Vref电压达倍。考虑到转矩电流特性的非线性，选取的元件参数使相应增大约1.4倍即可。另一方面，为了延长步进脉冲到来初始时刻的相绕组电流上升时间，需提高Vref电平。笔者将clock反相后输入74123单稳态触发器A，在L297的变换器改变状态的同时，74123在其Q端输出时间常数为0.45*R18*C9的高电平，从而通过R19去控制NPN管，使L297在该时间内的Vref升高。

　　在实际应用中，设备需要调试、诊断等情况，驱动器内部拥有555震荡器如图8，通过调整滑动变阻器R15，可改变震荡器Q输出脉冲频率，频率变化范围为10HZ到2000HZ，通过L297的clock控制L298桥路的切换速度，提高了电机的步进速度。如果要设置单步，只需要点动开关SW-2即可实现。L297的CW/CCW方向也可通过SW-4开关的高低电平来控制。当需要外部脉冲时，只需开关SW-6断开内部脉冲。

　　5 测试研究

　　将SIZE17两相混合步进电机接上驱动器，驱动器供电电压24VDC，分别设置驱动器工作于整步两相激励方式如图10，整步单相激励方式如图11，半步单、两相激励方式如图12。用示波器、电流钳测得的某相绕组电流波形：

　　从单相激励和半步激励看，单相状态的峰值电流高于两相状态的峰值，实际测试约为1.3-1.5倍，达到了设计要求。

6 结束语

　　该步进电机驱动器，适合于驱动电压不超过40V,电流不超过2.0A的两相、四相双极性步进电机，基本涵盖了SIZE23以下的主流混合步进电机。广泛用于医疗器械、分析仪器，基于主要芯片L297，L298技术成熟，价格便宜，该款驱动器性价比高，市场销量大，反馈良好。

参考文献：

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