實用的步進電機驅動電路

概述

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構，可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

目前，對步進電機的控制主要有由分散器件組成的環形脈沖分配器、軟件環形脈沖分配器、專用集成芯片環形脈沖分配器等。本設計選用第三種方案，用PMM8713三相或四相步進電機的脈沖分配器、SI-7300A兩相或四相功率驅動器，組成四相步進電機功率驅動電路，以提高集成度和可靠性，步進電機控制框圖見圖1。

圖1 步進電機控制系統框圖

硬件簡介

● PMM8713原理框圖及功能

PMM8713是日本三洋電機公司生產的步進電機脈沖分配器，適用于控制三相或四相步進電機。控制三相或四相步進電機時都可以選擇3種勵磁方式，每相最小吸入與拉出電流為20mA，它不僅滿足后級功率放大器的輸入要求，而且在其所有輸入端上均內嵌施密特觸發電路，抗干擾能力強，其原理框圖如圖2所示。

圖2 PMM8713的原理框圖

在PMM8713的內部電路中，時鐘選通部分用于設定步進電機的正反轉脈沖輸入發。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法時，CP、CU兩端分別輸入步進電機正反轉的控制脈沖。當采用單脈沖輸入時，步進電機的正反轉方向由U/D的高、低電位決定。

激勵方式控制電路用來選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環形計數器則用于產生步進電機在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號。

● SI-7300A的結構及功率驅動原理

SI-7300A是日本三青公司生產的高性能步進電機集成功率放大器，該器件為單極性四相驅動，采用SIP18封裝。

步進電機功率驅動級電路可分為電壓和電流兩種驅動方式。電流驅動方式最常用的是PWM恒流斬波驅動電路，也是最常用的高性能驅動方式，其中一相的等效電路圖如圖3所示。

圖3 LM331電壓/頻率變換電路

● LM331芯片

LM331是美國國家半導體公司生產的雙列直插式8腳芯片，只需接入幾個外部元件就可以方便地構成電壓/頻率(V/F)變換電路，電路如圖4所示。

圖4 四相步進電機功率驅動電路

LM331的輸出頻率和輸入電壓存在如下關系：f0=Vi/(IRt1RL)，其中t1由外接的定時元件Rt和Ct決定，t1＝1.1RtCt，IR由內部精密電流源提供，IR＝1.9V/RS。故f0=ViRS/(2.09RtRLCt)。RS為可調電阻，它的作用是調整LM331的增益偏差。Ct為濾波電容，一般為? 0.01～0.1μF，在濾波效果較好的情況下，可使用1μF的電容。為了提高精度和穩定度，組容元件選用低溫度系數的器件。

應用舉例

用PMM8713步進電機環形分配器與SI7300A步進電機功率放大器設計了一個四相步進電機功率驅動電路，PMM8713采取單脈沖輸入、1-2相勵磁方式，電路如圖5所示。圖中PD控制端為SI7300A的輸入電流I0調節端，可懸空或接高電平，接高電平時可適當提高SI7300A的輸出電流I0，在本應用系統中懸空使用。圖中PMM8713的時鐘脈沖輸入信號由LM331(V/F)輸出，方向控制信號和步進電機的起停信號由窗口比較電路給出。

圖5 窗口比較電路

窗口比較電路為步進電機提供方向控制信號和步進電機的起?？刂菩盘枺娐啡鐖D6所示。其中，U1、U2為數控等離子切割機弧壓的上、下限電壓，Ui為檢測到的弧壓。當Ui>U1，V3輸出為高電平，V4輸出為低電平，V5輸出為高電平；當U2

方向控制信號V3或V4輸出端接PMM8713的C/D，控制步進電機的正反轉；U5輸出端接PMM8713的復位端R，控制步進電機的起停。LMM331(V/F)輸出端f0接PMM8713的CK，為步進電機提供脈沖控制信號。由此可見，當U2U1或者Ui

結束語

該驅動電路被用于數控等離子切割機弧壓自動調高系統中，系統中的電機是42BYG009型混合式步進電機，驅動電壓為直流24V。通過實踐證明該步進電機功率驅動電路控制系統結構簡單、性能穩定、效率高、矩頻特性好，可廣泛應用于小型機電一體化設備中。