步进电机驱动技术发展及现状分析

活力2015·31.步进电机及驱动技术简单介绍步进电机又被称作脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。这种元件的主要功能就是将脉冲电信号转变成相应的角位移或者直线位移，同时它的输出转角、转速与输入脉冲个数、频率之间有着严格的同步关系。步进电机由于本身的特点，在实际的应用中，有利于装置或者设备的小型化或者低成本。因此，这种元件被广泛地运用在了多个领域，并且得到不断的发展和完善。同时步进电机也是一种作为控制用的特种电机,它的旋转是以固定的角度(称为步距角)一步一步运行的,其特点是没有积累误差(精度为100%),所以广泛应用于各种开环控制。控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的。多年以来，随着电力电子技术的发展，还有自动控制技术的不断提高以及计算机网路和通信技术的发展，步进电机系统尤其是其中的驱动电路部分的不断发展，国内外围绕着步进电机电路系统的研究做了大量的工作以及相应的开发工作。2.国内步进电机驱动技术国内研发情况步进电机驱动电源与步进电动机本身就是一个整体，而驱动电源的性能在某种程度上直接影响了步进驱动电机系统的性能的好坏。现在主要从以下连个方面讲解驱动电源在我国研制的情况。2.1电源功放级使用元件情况可控硅作为末级控制器，可靠性相对差，不便于调试和维护，同时抗干扰能力不强，随着大功率的晶体的流行，现在我国基本上不再采用可控硅作为末级控制器。晶体管具有控制方便和调试简单的特点，同时开关速度和元件损耗也相对较少，同时采用了先进的设计方法，导致现在的晶体管的耐压能力比可控硅大很多，因此近些年来，都是采用大功率的晶体作为步进驱动单机中电源的末级功放元件。随着以后成本的降低和使用的经验，今后将会有越来越多的步进电动机使用V形槽金属氧化物半导体场效应晶体管作为步进电动机电源的功放元件。2.2驱动电源电路结构的发展不同形式的功率放大电路对于电机的性能影响是不一样的，这种不同形式的功率放大电路的差别主要体现在功率放大电路中的输出结构的不同。电压的驱动电路在二十世纪六十年代初期就已经在国外被大量使用了。高低压驱动电路是在六十年代末出现的，是为了应付对在高频工作使用情况的。在七十年代中期，则为了改进上述所说的情况，而研制了斩波电路。这种电路会使电流在额定数值上下成锯齿波形波动，电流绕组的有效电流相应的增加，因此电机的输出转矩增大，能基本上保持恒定，同时不需要外接电阻。因此，整个系统的功耗非常的小，电源效率相对比较高，所以这种电路投入使用的范围比较广。细分驱动电路是在上世纪七十年代由美国的学者提出的，它是建立在步进电机的各相绕组理想对称和距角特性严格正旋的基础上的。这种电路能够使电机的运行保持稳定，提高匀速性，减轻甚至可以消除振荡。近几年，这种电路由于微处理技术的快速发展，细分电路得到了广泛的应用。3.细分电路的原理步进电机驱动线路,如果按照环形分配器决定的分配方式,控制电动机各相绕组的导通或截止,从而使电动机产生步进所需的旋转磁势拖动转子步进旋转,则步距角只有二种,即整步工作或半步工作,步距角已由电机结构所确定。如果要求步进电机有更小的步距角,更高的分辨率,或者为了电机振动、噪声等原因,可以在每次输入脉冲切换时,只改变相应绕组中额定的一部分,则电机的合成磁势也只旋转步距角的一部分,转子的每步运行也只有步距角的一部分。这里,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,电流分成多少个台阶,则转子就以同样的次数转过一个步距角,这种将一个步距角细分成若干步的驱动方法,称为细分驱动。4.步进电机细分驱动电路目前,步进电机细分驱动电路大多数都采用单片微机控制。单片机控制的步进电机细分驱动电路根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种。放大型步进电机细分驱动电路中末级功放管的输出电流直接受单片机输出的控制电压控制,电路较简单,电流的控制精度也较高,但是由于末级功放管工作在放大状态,使功放管上的功耗较大,发热严重,容易引起晶体管的温漂,影响驱动电路的性能。甚至还可能由于晶体管的热击穿,使电路不能正常工作。因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制精度较高、散热情况较好的场合。开关型步进电机细分驱动电路中的末级功放管工作在开关状态,从而使得晶体管上的功耗大大降低,克服了放大型细分电路中晶体管发热严重的问题。但电路较复杂,输出的电流有一定的波纹。因此该驱动电路一般用于输出力矩较大的步进电机的驱动。5.总结本文首先是从宏观上简单介绍了步进驱动技术，介绍了什么是步进电动机和其相关的技术有什么。除此之外，还简单地介绍了步进电动机电源的发展历史，讲述目前国内关于步进电动机的研制情况。最后，具体地分析和介绍了目前最新的电路的技术———细分驱动电路。参考文献：[1]袁正华.可编程控制器在步进电机驱动系统中的应用[J].四川教育学院学报.2011(09)：12-13.[2]谷爱昱.摇头灯中步进电机驱动系统的设计[J].微特电机.2013(04)：09-11.[3]周忠辉.步进电机驱动的实现方法[J].仪表技术与传感器.2014(11):22-25.[4]苏义鑫,杨长圣,李鹏.一种小功率步进电机驱动电路的设计与实现[J].中原工学院学报.2009(02):38-40.□（编辑/丹桔）步进电机驱动技术发展及现状分析关潇野（绥化学院2011级电气工程及其自动化，绥化152054）[摘要]步进电机驱动技术首先是在国外发展起来的，之后才渐渐被引进中国。本文阐述步进电动驱动技术发展历史，以及具体的介绍细分驱动技术的原理和应用情况。[关键词]步进电动机；发展；历史；细分驱动；原理；106步进电机驱动技术发展及现状分析作者：关潇野作者单位：绥化学院2011级电气工程及其自动化,绥化,152054刊名：活力英文刊名：HUOLI年，卷(期)：2015(6)引用本文格式：关潇野步进电机驱动技术发展及现状分析[期刊论文]-活力2015(6)