基于TB6560的步進電機驅動電路設計
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1.4步進電機自動半流電路
步進電機要減少發熱，就要減少銅損和鐵損。減少銅損就是減小電阻和電流，要求在選型時盡量選擇電阻小和額定電流小的電機，但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對于已選定的電機，首先，應充分利用驅動器的自動半流控制功能和脫機功能，自動半流在電機處于靜態時自動減小電流，脫機功能是將輸出電機電流切斷；其次，細分驅動器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機發熱也會較少。減少鐵損與電機驅動電壓有關，高壓驅動的電機雖然會帶來高速特性的提升，但也帶來發熱的增加。所以應當選擇合適的驅動電壓等級，兼顧高速性、平穩性和發熱、噪聲等指標。
為盡可能減小電機發熟，需要TB6560的TQ2和TQ1引腳電平在電機工作時設置為電流輸出最大，在電機不工作時電流減半甚至更小，故稱為“自動半流電路”。用NFA、NFB定義最大輸出電流后，通過TQ2和TQ1設置電流比率輸出，設為00、01、10、11時，輸出的電流分別為最大電流的100％、75％、50％、25％。改變電機的驅動電流，也就改變了電機輸出扭矩的大小。自動半流電路設計選用可重復觸發的單穩態電路芯片74CH123，用電機的驅動脈沖CLK作為單穩態電路的觸發脈沖。單穩態電路的反向輸出接TQ2引腳，電機驅動脈沖持續時TQ2一直保持低電平，無驅動脈沖時保持高電平。在圖2電路中，TQ1連接3個跳線帽。接跳線1，TQ2、TQ1始終同為高或低電平，驅動電流在25％～100％切換；接跳線2，TQ2始終為低，電流在50％～100％切換；接跳線3，電流在25％～75％切換。可根據工作驅動電流需要選擇不同跳線。
2步進電機失步和越步問題及解決方法
步進電機中產生的同步力矩無法使轉子速度跟隨定子磁場的旋轉速度，從而引起失步。失步產生的主要原因及解決方法：
①步進電機的轉矩不足，拖動能力不夠，當驅動脈沖頻率達到某臨界值開始失步。由于步進電機的動態輸出轉矩隨著連續運行頻率的上升而降低，因而凡是比該頻率高的工作頻率都將產生失步。
有3種解決方法：可使步進電機產生的電磁轉矩增大，為此可在額定電流范圍內適當加大驅動電流；在高頻范圍轉矩不足時，適當提高驅動電路的驅動電壓；改用轉矩大的步進電動機等，也可使步進電機需要克服的轉矩減小，為此可適當降低電機運行頻率，以便提高電機的輸出轉矩。
②步進電機起動失步。由于步進電機自身及所帶負載存在慣性，當加速時間過短時會出現這一現象。應該設置合理的加速時間，使電機從低速度平穩上升到某個速度。
③步進電機產生共振也是引起失步的一個原因。步進電機處于連續運行狀態時，如果控制脈沖的頻率等于步進電機的固有頻率，將產生共振。在一個控制脈沖周期內，振動尚未得到充分衰減，下一個脈沖就已來到，因而在共振頻率附近動態誤差最大并導致步進電機失步。解決方法：減小步進電機的驅動電流；采用細分驅動方法和阻尼方法。
轉子在步進過程中獲得過多的能量時，轉子的平均速度會高于定子磁場的平均旋轉速度，使得步進電動機產生的輸出轉矩增大，從而使步進電機產生越步。
當步進電機存在越步時，可減小步進電動機的驅動電流，以便降低步進電機的輸出轉矩或使減速時間加長。
3試驗結果
設計時應該保證芯片邏輯電壓低于驅動電壓，否則芯片不能正常工作；在選取NFA、NFB檢流電阻時應選功率不小于2 W的無感電阻；對電機驅動電源及驅動輸出連線和地的印制板布線，應保證能穩定通過3 A電流；電源入口加熔斷器保護驅動電路，以免電機的電流過大燒毀電路板。設計的驅動器應用于雕刻機X、Y、Z三軸步進電機的驅動，經過試驗，雕刻的樣品如圖4所示。從最終結果看，精度滿足目標要求。
結語
本文提出了基于TB6500的步進電機驅動電路設計方案，并給出了步進電機失步和越步問題的解決方法。試驗證明，效果良好，達到預期目標。
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