四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖,工作原理-KIA MOS管

兩相四線步進(jìn)電機(jī)原理

兩相四線步進(jìn)電機(jī)的工作原理主要基于電磁學(xué)原理。當(dāng)控制電路改變步進(jìn)角度時(shí)，電機(jī)內(nèi)部的磁鐵組件會(huì)根據(jù)控制電路的信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，從而使電機(jī)按照設(shè)定的步進(jìn)角度進(jìn)行精確旋轉(zhuǎn)。這種電機(jī)由兩組線圈組成，即所謂的“兩相”，而“四線”則表示它有四根引出線，通常是A+、A-、B+、B-，分別代表兩個(gè)相位的正負(fù)接線。

兩相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

H橋功率驅(qū)動(dòng)電路可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)。永磁步進(jìn)電機(jī)或混合式步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組都必須用雙極性電源供電，也就是說繞組有時(shí)需正向電流，有時(shí)需反向電流，這樣繞組電源需用H橋驅(qū)動(dòng)。

H橋驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)AB相繞組連接的電路框圖：

4個(gè)開關(guān)K1和K4，K2和K3分別受控制信號(hào)a，b的控制，當(dāng)控制信號(hào)使開關(guān)K1，K4合上，K2，K3斷開時(shí)，電流在線圈中的流向如圖1(a)，當(dāng)控制信號(hào)使開關(guān)K2，K3合上，K1，K4斷開時(shí)，電流在線圈中的流向如圖1（b)所示。

4個(gè)二極管VD1，VD2，VD3，VD4為續(xù)流二極管，它們所起的作用是：以圖1(a)為例，當(dāng)K1，K4開關(guān)受控制由閉合轉(zhuǎn)向斷開時(shí)，由于此時(shí)線圈繞組AB上的電流不能突變，仍需按原電流方向流動(dòng)（即A→B），此時(shí)由VD3，VD2來提供回路。

因此，電流在K1，K4關(guān)斷的瞬間由地→VD3→線圈繞組AB→VD2→電源+Vs形成續(xù)流回路。同理，在圖1（b）中，當(dāng)開關(guān)K2，K3關(guān)斷的瞬間，由二極管VD4，VD1提供線圈繞組的續(xù)流，電流回路為地→VD4→線圈繞組BA→VD1→電源+Vs。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，實(shí)現(xiàn)上述開關(guān)功能的元件在實(shí)際電路中常采用功率MOSFET管。

由步進(jìn)電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)電路原理可知，電流在繞組中流動(dòng)是兩個(gè)完全相反的方向。推動(dòng)級(jí)的信號(hào)邏輯應(yīng)使對(duì)角線晶體管不能同時(shí)導(dǎo)通，以免造成高低壓管的直通。

另外，步進(jìn)電機(jī)的繞組是感性負(fù)載，在通電時(shí)，隨著電機(jī)運(yùn)行頻率的升高，而過渡的時(shí)間常不變，使得繞組電流還沒來得及達(dá)到穩(wěn)態(tài)值又被切斷，平均電流變小，輸出力矩下降，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率高到一定的時(shí)候?qū)a(chǎn)生堵轉(zhuǎn)或失步現(xiàn)象。

因此，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)除了電機(jī)的設(shè)計(jì)盡量地減少繞組電感量外，還要對(duì)驅(qū)動(dòng)電源采取措施，也就是提高導(dǎo)通相電流的前后沿陡度以提高電機(jī)運(yùn)行的性能。

步進(jìn)電機(jī)的缺陷是高頻出力不足，低頻振蕩，步進(jìn)電機(jī)的性能除電機(jī)自身固有的性能外，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電源也直接影響電機(jī)的特性。要想改善步進(jìn)電機(jī)的頻率特性，就必須提高電源電壓。

電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)器AB相線圈功率驅(qū)動(dòng)部分原理圖：

選用的功率MOSFET元件是IRFP460,其，ID=20A,VDss=500V,RDS（ON)=0。27Ω。在圖2中，功率MOSFET管VT1,VT2,VT3,VT4和續(xù)流二極管VD11,VD19,VD14,VD22相當(dāng)于圖1中的K1,K2，K3,K4和VD1,VD2,VD3,VD4。功率MOSFET管的控制信號(hào)是由TTL邏輯電平a,a,b,b來提供的,其中a與a,b與b在邏輯上互反。

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