一种步进电机驱动电路，特别 是一种使用单一低压电源（视电机不同，一般在4? 9乂以内丨，能量利用率高，能使激励电流波形前后 沿变陡，适合集成化的驱动电路。电路中巧妙地 接入谐振电容?，该电容在关断绕组供电时接受绕 组反峰高压的充电，把绕组存有的磁能转换成电容 电能【高电压丨。转而又把该高压用于加速激励电控制开关1，步进电机驱动绕组2，绕组钢阻3，续流二极管4，低压电源5，谐振 电容9及转换开关10；其特征是：①利用谐振电容和转换开关的巧妙配合，使谱振电容在关断绕组供电时 接受绕组反峰高压的充电，把绕组存有的磁能转换成电容高电压电能，并保存这部分高压， 直到重新开始向绕组供电时，把这部分高压用于加速激励电流的上升边，即电能转磁能；②可以通过改变谐振电容9的大小来调整绕组激励电流上升边的快慢；③在单极性驱动电路中，用快恢复二极管7及受单稳控制的开关11替代开关10，该 开关可以由三极管、？57、1081”、单向可控娃作成；在双极性驱动电路中，分别以i2 11及12，、7，、11，替代开关10；而单稳电路分别受控制信号ii丨及讥’的前沿触发；④在步进电机工作频率低于1如2时，本电路只需单一低压电源供电，供电电压 v。电机额定电压个晶体管开关导通电压；⑤在要求高频特性好时，除仍用低压电源供电外，还需在二极管4与电容9连接处’ 通过二极管加接一个小电流高压补偿电源，用于补楼磁能电能互换过程的损耗。 本实用新型涉及一种步进电机驱动电路，特别是一种用单一低压电源、能量利用率 高、能使激励电流前后沿变陡、适合集成化的驱动电路。
　　‘如何在更短的时间内，使步进电机绕组中的激励电流达到额定值，一直是步进电机 驱动电路研制者所追求的目标。因为接近矩形的电流波形，使步进电机具有更好的转矩一 频率特性，可以让原未只能在低频运转的步进电机工作到更高频率。目前常见的驱动方式 有三种：单一电源驱动〔见图一x高低压切换驱动（见图二）和恒流型斩波驱动（见图 三；)。图中1为控制开关，2为步进电机的某相绕组[，3为绕组本身的铜阻，4为释放（续 流）二极管，5为低座电源沢，6为高压电源1，7为续流二极管。
　　为使流过绕组[的电流前沿变陡，图一采用加大串联电阻11，使时常数1/11减小的 办法（同时提高供电电压〉。而图二和图三却采用提高供电电压的办法，以加快初始上升 速度。所不同的是图二为电流上升一定时间之后自动关断高压，改由4氏压继续供电，图三 是等电流上升到一定值之后自动关断高压，让电流降到某值后高压又恢复供电。上述三种 驱动电路都存在关断绕组供电之后（开关1断〗，绕组中存有的磁能得不到充分利用的弊病。 本实用新型的目的是：①提高能量利用率，②使驱动电流波形更接近矩形，③只使 用单一低压电源供电，④线路简单可靠更适于制作集成模块。 上述目的，可以通过下列图文的详细描述得以确证。
　　第1/2页200420041482.7说明书图四为实用新型的原理电路图，图五为相应各点的电流电压波形。其中9为谐振（贮 能）电容(：！)，10为转换开关。为充分利用关断绕组供电后绕组存有的磁能，在本实用新 型电路中接入了谐振电容0〔其另一端可以接i或接地〉，当突然关断控制开关1时，绕 组电感将立即产生很高的反峰电压“二-/^//论，该电压经二极管心向电容0充电’使 其上充有与反峰电压幅值相当的高电压11。吣,该电压一直保存到转换开关。接通、“断开 ^均与控制信号…上升边同步进行〉并向绕组2充电。此时绕组电流^是以1x1^串联谐 振的规律上升的（见图五中4波形前沿，与此同时电容上的电压也以串联谐振的规律下 降x直到电流乙上升到前沿肩峰时，我们立即切换转换开关〔[通、。断\这样绕组 所需的持续电流，便改由低压电源1来供电，绕组电流也变成以[邝时常数上升，而电 容(：卩也处于等待状态.准备接受-次反峰电压来充电。接下来就重复上述过程。
　　综上所述，我们可以得出①电路中巧妙地接入电容0，该电容在关断绕组供电时接 受绕组反峰高压的充电，使绕组存有的磁能转换成电容电能〔高电压〕。转而又把该高压 用于加速激励电流的上升边，因此本发明具有能量利用率高的突出优势，②串联谐振使绕 组电流波形的前后沿都变陡了，前后沿时间"三^^龙^!^)。该式表明可以用改变(：口的 方法，调整电流波形的上升边快慢，0越小则电流波形越接近矩形，给步进电机进一步 向高速领域拓展创造了条件。③由于上升边不再由[邝时常数决定，因此可以采取单一低 压电源供电，其****值为步进电机额定电压！^匪二/^,式中[为绕组所需的额定激励电 流’ i是绕组本身的铜阻。当然还需考虑晶体管开关（三极管、？耵、1081；续流二极管） 的正向导通压降。因此供电电源电压，只要满足电机绕组额定电压再外加〔2?3〗个开关 导通电压就行，视电机不同一般在4~扑以内。④由于低压供电首先是节能，其次不必担 心超额定电流而烧电机，也不必担心电流太大而烧管子。⑤在理想的串联谐振电路中，电 能磁能互换没有能量损耗，但在实际步进电机驱动电路中却存在着绕组铜阻、续流二极管、 电容漏电、开关。等损耗，这些损耗表现出：随电机工作频率上升，电容上将随频 率上升而下降。为了保持本电路在高频时仍有优良的转矩一频率特性，只需要在续流二极 管4和电容9连接处接入一个小电流〖额定相电流的几十分之一〗的高压补偿电源\经过 二级管单向接入，即11。叫小到一定程度后才接入：)。一般低于1悄2不需要高压补偿电源， 只用单一低压大电流电源就行。
　　图六给出了实现本实用新型的一种简化电路，图（^单极性驱动，图（…双极性 (只桥）驱动。图中1、2、3、4、5、9的意义、作用均与图四相同，只是以快恢复续流 二极管7代替。及受单稳控制的开关11 (三极管、？21、1081、单向可控硅）代替、2。 其工作过程是当讥上升边来时使11导通，于是电容9上高压经11向2充电（此时7处 于高反压作用下自动截止〉，经过一定时间后单稳就切断11，同时经12及7接通电源、。 iii的下降边时0接受充电。当需要反向驱动步进电机时’使用与之对应的1’、4’、7’、 11，、12’。从图中可以看出普通11桥中在1、1，、12、12，旁并联的四个快恢复二极管不 需要了。当然还可以把图（⑴中示1、1’发射极连在一起，再串一测电流用的小电阻接 地，用于微步距控制的目的。
　　200420041482.7说明书第2/2页本实用新型电路简单可靠，特别适合做成集成电路或裤块。

单一低压电源供电的步进电机驱动电路.pdf

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