步進電機驅動器的關鍵技術分析

　　2．2．1 自激式恒電流斬波驅動

　　圖4為自激式恒電流斬波驅動框圖。把步進電機繞組電流值轉化為一定比例的電壓，與D／A轉換器輸出的預設值進行比較，控制功率管的開關，從而達到控制繞組相電流的目的。從理論上講，自激式恒電流斬波驅動可以將電機繞組的電流控制在某一恒定值。但由于斬波頻率是可變的，會使繞組激起很高的浪涌電壓，因而對控制電路產生很大的干擾，容易產生振蕩，可靠性大大降低。

　　2．2．2 它激式恒電流斬波驅動

　　為了解決自激式斬波頻率可變引起的浪涌電壓問題，可在D觸發器加一個固定頻率的時鐘。這樣基本上能解決振蕩問題，但仍然存在一些問題。比如：當比較器輸出的導通脈沖剛好介于D觸發器的2個時鐘上升沿之間時，該控制信號將丟失，一般可通過加大D觸發器時鐘頻率解決。

　　2．3 細分驅動方式

　　這是本文討論的重點，也是該系統采用的驅動方法。細分驅動最主要的優點是步距角變小，分辨率提高，且提高了電機的定位精度、啟動性能和高頻輸出轉矩；其次，減弱或消除了步進電機的低頻振動，降低了步進電機在共振區工作的幾率。可以說細分驅動技術是步進電動機驅動與控制技術的一個飛躍。

　　細分驅動是指在每次脈沖切換時，不是將繞組的全部電流通入或切除，而是只改變相應繞組中電流的一部分，電動機的合成磁勢也只旋轉步距角的一部分。細分驅動時，繞組電流不是一個方波而是階梯波，額定電流是臺階式的投入或切除。比如：電流分成n個臺階，轉子則需要n次才轉過一個步距角，即n細分，如圖5所示。

　　一般的細分方法只改變某一相的電流，另一相電流保持不變。如圖5所示，在O°～45°，Ia保持不變，Ib由O逐級變大；在45°～90°，Ib保持不變，Ia由額定值逐級變為0。該方法的優點是控制較為簡單，在硬件上容易實現；但由圖6所示的電流矢量合成圖可知，所合成的矢量幅值是不斷變化的，輸出力矩也跟著不斷變化，從而引起滯后角的不斷變化。當細分數很大、微步距角非常小時，滯后角變化的差值已大于所要求細分的微步距角，使得細分實際上失去了意義。

這就是目前常用的細分方法的缺陷，那么有沒有一種方法讓矢量角度變化時同時保持幅值不變呢?由上面分析可知，只改變單一相電流是不可能的，那么同時改變兩相電流呢?即Ia、Ib以某一數學關系同時變化，保證變化過程中合成矢量幅值始終不變。基于此，本文建立一種“額定電流可調的等角度恒力矩細分”驅動方法，以消除力距不斷變化引起滯后角的問題。如圖7所示，隨著A、B兩相相電流Ia、Ib的合成矢量角度不斷變化，其幅值始終為圓的半徑。

　　下面介紹合成矢量幅值保持不變的數學模型：當Ia=Im·cosx，Ib=Im·sinx時(式中Im為電流額定值，Ia、Ib為實際的相電流，x由細分數決定)，其合成矢量始終為圓的半徑，即恒力距。

　　等角度是指合成的力臂每次旋轉的角度一樣。額定電流可調是指可滿足各種系列電機的要求。例如，86系列電機的額定電流為6～8 A，而57系列電機一般不超過6 A，驅動器有各種檔位電流可供選擇。細分為對額定電流的細分。