【導(dǎo)讀】步進(jìn)電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。相比其他電機(jī)其具有較高的定位精度，無(wú)位置累積誤差的優(yōu)點(diǎn)；開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)使其成本教低，但是步進(jìn)電機(jī)也有缺點(diǎn)。本文一一分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
步進(jìn)電機(jī)
由于步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)、噪聲大，在振蕩頻率附近運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生共振，輸出轉(zhuǎn)矩隨著步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高而下降，這些缺點(diǎn)限制了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍。
步進(jìn)電機(jī)的以上特點(diǎn)，解決辦法有兩個(gè)：1、生產(chǎn)出更好的步進(jìn)電機(jī)，這也是根本上決定消除負(fù)面特點(diǎn)的硬件措施，2、設(shè)計(jì)出更好的驅(qū)動(dòng)器，好的驅(qū)動(dòng)器可以避諱電機(jī)的種種不足，可以顯著地提高步進(jìn)電機(jī)的性能。由于電機(jī)生產(chǎn)出來(lái)以后他的所有參數(shù)都是固定的，因此提高驅(qū)動(dòng)器的性能是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，本文討論的關(guān)鍵是各種驅(qū)動(dòng)技術(shù)的缺點(diǎn)和難點(diǎn)。
1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)
①運(yùn)動(dòng)控制電路：用于產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的脈沖，脈沖的速度可以控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度。
②步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路：由兩部分組成（A、計(jì)算電機(jī)運(yùn)動(dòng)的脈沖數(shù)和控制電機(jī)的各種狀態(tài)；B、功率輸出電路，用于將控制輸出實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)或停止的各種目的），根據(jù)這兩個(gè)的組合不同可以分成以下幾種：恒電壓驅(qū)動(dòng)方式，高低壓驅(qū)動(dòng)，自激恒電流斬波驅(qū)動(dòng)，電流比較斬波驅(qū)動(dòng)，潛進(jìn)式驅(qū)動(dòng)（最新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)）。
③步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)由電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程。
2 、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方電路優(yōu)缺點(diǎn)分析
恒電壓驅(qū)動(dòng)
單電壓驅(qū)動(dòng)是指在電機(jī)繞組工作過(guò)程中，只用一個(gè)方向電壓對(duì)繞組供電，多個(gè)繞組交替提供電壓。該方式是一種比較老的驅(qū)動(dòng)方式，現(xiàn)在基本不用了。
優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，元件少、控制也簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：必須提供足夠大的電流的三極管來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)處理，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較低，電機(jī)震動(dòng)比較大，發(fā)熱大。由于已經(jīng)不再使用，所以不多描述。
高低壓驅(qū)動(dòng)
由于恒電壓驅(qū)動(dòng)存在以上諸多缺點(diǎn)，技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，研發(fā)出新的高低壓驅(qū)動(dòng)來(lái)改善恒電壓驅(qū)動(dòng)的部分缺點(diǎn)，高低壓驅(qū)動(dòng)的原理是，在電機(jī)運(yùn)動(dòng)到整步的時(shí)候使用高壓控制，在運(yùn)動(dòng)到半步的時(shí)候使用低壓控制，停止時(shí)也是使用低壓來(lái)控制。
優(yōu)點(diǎn)：高低壓控制在一點(diǎn)程度上改善了震動(dòng)和噪音，第一次提出細(xì)分控制步進(jìn)電機(jī)的概念，同時(shí)也提出了停止時(shí)電流減半的工作模式。
缺點(diǎn)：電路相對(duì)恒電壓驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，對(duì)三極管高頻特性要求提高，電機(jī)低速仍然震動(dòng)比較大，發(fā)熱仍然比較大，現(xiàn)在基本上不使用這種驅(qū)動(dòng)模式。
自激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng)
自激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng)的工作原理是通過(guò)硬件設(shè)計(jì)當(dāng)電流達(dá)到某個(gè)設(shè)定值的時(shí)候通過(guò)硬件將其電流關(guān)閉，然后轉(zhuǎn)為另一個(gè)繞組通電，另一個(gè)繞組通電的電流到某個(gè)固定的電流的時(shí)候，又能通過(guò)硬件將其關(guān)閉，如此反復(fù)，推進(jìn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
優(yōu)點(diǎn)：噪音大大減小，轉(zhuǎn)速一定程度上提高了，性能比前兩種有一定的提高。
缺點(diǎn)：對(duì)電路設(shè)計(jì)要求比較高，對(duì)電路抗干擾要求比較高，容易引起高頻，燒壞驅(qū)動(dòng)元件，對(duì)元件性能要求比較高。
電流比較斬波驅(qū)動(dòng)
電流比較斬波驅(qū)動(dòng)是把步進(jìn)電機(jī)繞組電流值轉(zhuǎn)化為一定比例的電壓，與D／A轉(zhuǎn)換器輸出的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，比較結(jié)果來(lái)控制功率管的開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到控制繞組相電流的目的。
優(yōu)點(diǎn)：使運(yùn)動(dòng)控制模擬正弦波的特點(diǎn)，大大提高性能，運(yùn)動(dòng)速度和噪音都比較小，可以使用比較高的細(xì)分，是當(dāng)前流行的控制方法。
缺點(diǎn)：電路比較復(fù)雜，對(duì)電路中的干擾難以控制和理論要求相吻合，容易產(chǎn)生抖動(dòng)，在控制形成正弦波的波峰和波谷，容易導(dǎo)致高頻干擾，進(jìn)而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)元件發(fā)熱或者由于頻率過(guò)高而老化，這也是很多驅(qū)動(dòng)器使用1年多的時(shí)候容易出現(xiàn)紅燈保護(hù)的主要原因。
潛進(jìn)式驅(qū)動(dòng)
這是一種全新的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，該技術(shù)是在當(dāng)前電流比較斬波驅(qū)動(dòng)技術(shù)的前提下，克服其中的缺點(diǎn)而創(chuàng)新的一種全新的驅(qū)動(dòng)方法。其核心技術(shù)是在電流比較斬波驅(qū)動(dòng)的前提下增加了驅(qū)動(dòng)元件發(fā)熱和高頻抑制保護(hù)技術(shù)。
優(yōu)點(diǎn)：兼有電流比較斬波驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)外，發(fā)熱特別小，使用壽命較長(zhǎng)。
缺點(diǎn)：全新技術(shù)，價(jià)格比較高，目前每種電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器匹配要求相對(duì)比較嚴(yán)格。
驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的發(fā)展，從原來(lái)國(guó)外一枝獨(dú)秀到國(guó)內(nèi)各種優(yōu)秀技術(shù)涌現(xiàn)，可以看出國(guó)內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)也可以看出，每一次技術(shù)的革新都會(huì)帶來(lái)幾個(gè)以高端技術(shù)去引導(dǎo)市場(chǎng)的市場(chǎng)革命，在步進(jìn)技術(shù)相對(duì)成熟的今天，碩科數(shù)控?cái)y全新的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，把國(guó)內(nèi)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器再次推向國(guó)際市場(chǎng)，原來(lái)依靠進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器來(lái)獲得高性能的國(guó)內(nèi)廠家，在看到本技術(shù)所闡述的內(nèi)容后，相信會(huì)從內(nèi)心對(duì)國(guó)內(nèi)技術(shù)的期望發(fā)生改變。原來(lái)使用日本進(jìn)口的國(guó)內(nèi)工程師們，現(xiàn)在讓他們找到拒絕日本產(chǎn)品的理由了，可以跟小日本再次說(shuō)一聲NO。
