是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构。其主要长处是有较高的定位精度，无方位累积差错;特有的开环运行机制，与闭环操控体系比较下降了体系本钱，进步了可靠性，在数控范畴得到了广泛的使用。可是，的天然振荡频率邻近运行时易产生共振，且输出转矩跟着步进电机的转速升高而下降，这些缺陷约束了步进电机的使用规模。步进电机的功能在很大程度上取决于所用的驱动器，改进驱动器的功能，可以显著地进步步进电机的功能，因而研发高功能的步进电机驱动器是一项遍及重视的课题。

　　②驱动电路。即本文的研讨内容，由图1所示的脉冲信号分配和功率驱动电路组成。依据操控器输入的脉冲和方向信号，为步进电机各绕组供给正确的通电次序，以及电机需求的高电压、大电流;一起供给各种保护措施，比方过流、过热等。

　　单电压驱动是指在电机绕组作业过程中，只用一个方向电压对绕组供电。如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。当输入信号In为高电平时，供给足够大的基极电流使三极管T处于饱满状态，若疏忽其饱满压降，则电源电压悉数作用在电机绕组上。当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流经过。

　　为使通电时绕组电流敏捷抵达预设电流，串入电阻Rc;为避免关断T时绕组电流改动率太大，而产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两头并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流供给一个泄放回路，也称“续流回路”。

　　单电压功率驱动电路的长处是电路结构简略、元件少、本钱低、可靠性高。可是因为串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的功率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。

　　为了使通电时绕组能敏捷抵达设定电流，关断时绕组电流敏捷衰减为零，一起又具有较高的功率，呈现了高低压驱动办法。

　　如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。在导通前沿袭高电压供电来进步电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来坚持绕组的电流。高低压驱动可获得较好的高频特性，可是因为高压管的导通时刻不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，简略引起振荡。可经过改动其高压管导通时刻来处理低频振荡问题，然而其操控电路较单电压杂乱，可靠性下降，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。

　　图4为自激式恒电流斩波驱动框图。把步进电机绕组电流值转化为必定份额的电压，与D/A转化器输出的预设值进行比较，操控功率管的开关，然后抵达操控绕组相电流的意图。从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流操控在某一稳定值。但因为斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的浪涌电压，因而对操控电路产生很大的搅扰，简略产生振荡，可靠性大大下降。

　　为了处理自激式斩波频率可变引起的浪涌电压问题，可在D触发器加一个固定频率的时钟。这样基本上能处理振荡问题，但仍然存在一些问题。比方：当比较器输出的导通脉冲刚好介于D触发器的2个时钟上升沿之间时，该操控信号将丢掉，一般可经过加大D触发器时钟频率处理。

　　这是本文评论的要点，也是该体系选用的驱动办法。细分驱动最主要的长处是步距角变小，分辨率进步，且进步了电机的定位精度、发动功能和高频输出转矩;其次，削弱或消除了步进电机的低频振荡，下降了步进电机在共振区作业的几率。可以说细分驱动技能是步进电动机驱动与操控技能的一个腾跃。

　　细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的悉数电流转入或切除，而是只改动相应绕组中电流的一部分，电动机的组成磁势也只旋转步距角的一部分。细分驱动时，绕组电流不是一个方波而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除。比方：电流分红n个台阶，转子则需求n次才转过一个步距角，即n细分，如图5所示。

　　一般的细分办法只改动某一相的电流，另一相电流坚持不变。如图5所示，在O～45，Ia坚持不变，Ib由O逐级变大;在45～90，Ib坚持不变，Ia由额定值逐级变为0。该办法的长处是操控较为简略，在硬件上简略完结;但由图6所示的电流矢量组成图可知，所组成的矢量幅值是不断改动的，输出力矩也跟着不断改动，然后引起滞后角的不断改动。当细分数很大、微步距角十分小时，滞后角改动的差值已大于所要求细分的微步距角，使得细分实践上失去了含义。

　　这便是现在常用的细分办法的缺陷，那么有没有一种办法让矢量视点改动时一起坚持幅值不变呢?由上面剖析可知，只改动单一相电流是不可能的，那么一起改动两相电流呢?即Ia、Ib以某一数学联系一起改动，确保改动过程中组成矢量幅值一直不变。依据此，本文树立一种“额定电流可调的等视点恒力矩细分”驱动办法，以消除力距不断改动引起滞后角的问题。如图7所示，跟着A、B两相相电流Ia、Ib的组成矢量视点不断改动，其幅值一直为圆的半径。

　　下面介绍组成矢量幅值坚持不变的数学模型：当Ia=Imcosx，Ib=Imsinx时(式中Im为电流额定值，Ia、Ib为实践的相电流，x由细分数决议)，其组成矢量一直为圆的半径，即恒力距。

　　等视点是指组成的力臂每次旋转的视点相同。额定电流可调是指可满意各种系列电机的要求。例如，86系列电机的额定电流为6～8 A，而57系列电机一般不超越6 A，驱动器有各种档位电流可供挑选。细分为对额定电流的细分。

　　为完结“额定电流可调的等视点恒力距”，理论上只需各相相电流可以满意以上的数学模型即可。这就要求电流操控精度十分高，否则Ia、Ib所组成的矢量角将呈现误差，即各步步距角不等，细分也失去了含义。下面给出了依据该驱动办法的驱动器的规划方案。

　　单片机依据收到的脉冲信号进行脉冲信号分配，确认各相通电次序，并与CPLD里边的D触发器相连;一起依据用户设定的电流值和细分数经过SPI口与D/A转化器AD5623通讯，得到设定的电流值(实践上是电流对应的电压值)。

　　AD5623输出的值为希望的电流对应的电压值，它有必要与从功率模块检测得到的电流对应的电压值进行比较，并把比较成果与CPLD里边的D触发器CLR引脚相连。

　　CPLD与电流、细分设定的拨码开关相连，把得到的值经过SPI口传给单片机;以D触发器为中心的操控逻辑，依据单片机的各相通电次序和比较器MAX907的比较成果确认各功率管的开关。

　　功率驱动模块直接与电机相连，驱动电机。选用8个MOS管IRF740构成2个H桥双极型驱动电路。IRF740最高可接受400 V电压和10 A电流，开关转化时刻不会超越51 ns，管子导通电压Vgs的取值规模为4～20 V。

　　“额定电流可调的等视点恒力矩细分”驱动办法的本质是恒流操控，关键是电流的精确操控，有必要一起满意以下各个条件：

　　①D/A转化器输出的电流值有必要与希望值适当挨近，并且转化速度要快。该体系选用ADI公司的AD5623，12位精度，分红4 096个等级，满意了200细分的高精度要求;2路D/A输出满意两相的要求;SPI口通讯，频率高达50 MHz，树立时刻快，一起单电压供电，衔接简略。

　　②检测到的电流有必要能正确地反映此刻的相电流。因为电机的相电流转常很大，电压很高，检测有必定的难度。常用的检测办法有外接规范小电阻，电路简略，但搅扰比较大，精确性比较差;霍尔传感器检测精确，搅扰小，衔接也不杂乱，所以该驱动器选用霍尔传感器。

　　③比较器分辨率要高，转化速度快。MAX907的树立时刻只需12 ns，比较的电压只需相差2 mV即可检测出来(最大不超越4 mV)，反响十分活络。

　　④操控功率管开关的逻辑电路要有很高的实时性，确保相电流在设定电流上下做很小的动摇，避免引起浪涌，搅扰操控电路。

　　本文选用Xilinx公司的CPLD芯片XC9572。以D触发器为中心的操控电路悉数由CPLD完结，CPLD替代了各种分立元器件，结构简略，衔接便利。图9是操控电路的逻辑图。

　　如图9所示，当比较成果为低电平时(检测到的电流大于设定电流)，D触发器输出为1，或门输出高电平，关断管子，电流变小;当检测到电流小于设定电流时，管子导通，然后确保相电流在设定电流上下做很小的动摇。

　　本文树立了“额定电流可调的等视点恒力矩细分”驱动办法，并依据该办法规划完结了二相混合式步进电机驱动器，最高可达200细分，驱动电流从O.5 A/相到8 A/相可调，可驱动24系列到86系列的步进电机。实践使用证明，该办法基本上克服了传统步进电机低速振荡大和噪声大的缺陷，电机在较大速度规模内转矩坚持稳定，进步了操控精度，减小了产生共振的几率，具有很好的稳定性、可靠性和通用性，且结构简略。