基于TB67S109A電機驅動器的步進電機設計

一、作品簡介

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機，是現代數字程序控制系統中的主要執行元件，應用極為廣泛。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。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。

步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。

雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。

此次作品主要采用TB67S109A電機驅動器。TB67S109A是一種配備PWM斬波器的兩相雙極步進電機驅動器，內置時鐘解碼器。特點有以下幾點：

1、能夠控制一臺雙極步進電機

2、能夠用PWM來控制恒流驅動

3、允許全步，半步，四分之一，1/8，1/16，1/32步運行。

4、錯誤檢測(TSD/ISD)信號輸出功能。

5、內置錯誤檢測電路(熱關斷(TSD)，過電流關斷(ISD)，以及上電復位(POR)

5、可通過外電阻與電容自定義電機的斬波頻率。

三、系統設計

備注：步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電機驅動器，它由脈沖發生控制單元、功率驅動單元、保護單元等組成。驅動單元與步進電動機直接耦合，也可理解成步進電動機微機控制器的功率接口。

四、原理圖

4.1 TB67S109A驅動電路

備注：步進電機驅動器，它是把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說：控制系統每發一個脈沖信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一個步距角。也就是說步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。所以控制步進脈沖信號的頻率，就可以對電機精確調速;控制步進脈沖的個數，就可以對電機精確定位。

4.2 邏輯電路

備注：如上圖所示，這是一個由74HC123D構成的雙重可再觸發的單穩態多諧振蕩器，它的功能是在沒有接收到脈沖信號時候自動將驅動電流降為一半。而M0、M1、M2的作用是選擇細分。

4.3 電源電路

備注：由于單片機工作在5V，而步進電機的工作電壓為幾十V，所以需要XL1509對電源進行穩壓至5V，給單片機供給電壓。

五、材料清單(BOM表)主要物料

主要的元器件物料。

六、PCB實物圖

七、總結

在此次電子制作中，發現了一些步進電機需要特別注意的事項，在這里提出來給大家參考參考：

1、步進電機應用于低速場合---每分鐘轉速不超過1000轉，(0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低;

2、步進電機最好不使用整步狀態，整步狀態時振動大;

3、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一是電機不失步，二是可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度;

4、應遵循先選電機后選驅動的原則。