脉宽调制斩波型步进电动机细分驱动器
陈百碌 金克 吕越芝 张平 （西安微电机研究所）
步进电动机性能与其驱动电路及参数密切相关，为了提高步进电动机的性能，采用细分技术是十分有效的措施，国外对细分技术的研究一直很活跃，近几年国内在恒流斩波电路的基础上对细分电路也进行了大量的研制，已开始朝商品化阶段发展。例如，常州微电机厂的bqxl-004驱动器等。
步进电动机作为数字式执行元件，其系统与交直流系统相比，具有结构简单、成本低、定位方便等优点，但传统的驱动电路存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高等，严重地制约着步进电动机的应用范围。近几年来，各种文献不断提出方案以提高其性能，如平滑驱动、高效驱动等，尤其是细分技术的采用拓宽了步进电动机的应用范围，提高了与ac、dc系统的抗衡能力。
本文介绍一种实用的电流闭环脉宽调制( pwm)恒流斩波型步进电动机细分电路，其驱动级采用pwm专用集成电路，功放电路采用大功率场效应管(vmosfet)，电路具有全能量反馈，提高了效率和矩频特性，系统可靠性高。
2传统的步进电动机驱动电路特点
传统的步进电动机驱动电路(见图la)采用双电压恒流斩波原理。图lb是其控制信号殁电流波形。该电路的特点是：
a．当电压ui消失时，由于采用了能量反馈，提高了效率。改善了矩频特性。
b．低速运行时，由于绕组电流冲击大，出现低频振荡，使运行不平稳，噪声大，影响加工的粗糙度。
c．定位精度没有提高。
d．电磁噪声大。由于斩波频率一般设定在1—2khz，因而斩波噪声大。由于各相斩波频率由反馈设定，很难保证斩波频率、相位的一致性，当电 机二相或三相同时导通时，会因互感而产生所谓的“差频噪声”。
e．采用双电压形式，没有单电压简单。
f．在斩波期间，仍有0.5nl的损耗，甩为斩波次数。
这种系统只适用于加工精度要求不高的场合。目前国内各厂家生产的改造型步进电动机数控系统的驱动大部分是这种类型。
3 pwm斩波分驱动电路
该驱动思安陆原理框图如图2所示
该电路采用了大功率vmosfet得vmosfet管具有驱动功率低、开关遍快、正温度系数、安全区大、无二次击身高增益等优点。
该驱动电路的技术关键是：
a．采用细分技术，提高定位精度，克服低频振荡，减小噪声。
b．为保证细分后阶梯电流波形前后沿一致，采用了v1、v2管同时斩波原理，实现了全能量回馈，提高了电源效率。
c．由于斩波期间电流的沿很陡，为证有足够小的要求有足够商的斩波率，而采用vmosfet管。
d．为了克服电磁噪声，斩波频率应小于20khz，超出人耳的听觉范围；由pwm专用集成电路易实现外同步，使各斩波频率、相位****一致，消除了“差频噪声”。
e． 采用单电压形式，使电路更为简单。
以西安微电机研究所生产的i60bf5b电机为例，简要说明驱动电路的工作原理，其细分数n=5。
计算机可提供系统所需的信号，有硬环分和软环分两种。硬环分可由eprom或gal实现，构成所谓“e+p”或“g+p”细分驱动器。
由于采用五细分，细每相需三根控制线，取其六种状态000，001，010，．011，100，101，代表各台阶状态。 d／a转换，逻辑部分接收由计算机发来的信号，输出相应的电压基准和相序控制信号，其波形与相位关系如图3所示。
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