脈寬調制斬波型步進電動機細分驅動器
陳百碌 金克 呂越芝 張平 （西安微電機研究所）
步進電動機性能與其驅動電路及參數密切相關，為了提高步進電動機的性能，采用細分技術是十分有效的措施，國外對細分技術的研究一直很活躍，近幾年國內在恒流斬波電路的基礎上對細分電路也進行了大量的研制，已開始朝商品化階段發展。例如，常州微電機廠的bqxl-004驅動器等。
步進電動機作為數字式執行元件，其系統與交直流系統相比，具有結構簡單、成本低、定位方便等優點，但傳統的驅動電路存在許多不足之處，如低頻振蕩、噪聲大、分辨率不高等，嚴重地制約著步進電動機的應用范圍。近幾年來，各種文獻不斷提出方案以提高其性能，如平滑驅動、高效驅動等，尤其是細分技術的采用拓寬了步進電動機的應用范圍，提高了與ac、dc系統的抗衡能力。
本文介紹一種實用的電流閉環脈寬調制( pwm)恒流斬波型步進電動機細分電路，其驅動級采用pwm專用集成電路，功放電路采用大功率場效應管(vmosfet)，電路具有全能量反饋，提高了效率和矩頻特性，系統可靠性高。
2傳統的步進電動機驅動電路特點
傳統的步進電動機驅動電路(見圖la)采用雙電壓恒流斬波原理。圖lb是其控制信號歿電流波形。該電路的特點是：
a．當電壓ui消失時，由于采用了能量反饋，提高了效率。改善了矩頻特性。
b．低速運行時，由于繞組電流沖擊大，出現低頻振蕩，使運行不平穩，噪聲大，影響加工的粗糙度。
c．定位精度沒有提高。
d．電磁噪聲大。由于斬波頻率一般設定在1—2khz，因而斬波噪聲大。由于各相斬波頻率由反饋設定，很難保證斬波頻率、相位的一致性，當電 機二相或三相同時導通時，會因互感而產生所謂的“差頻噪聲”。
e．采用雙電壓形式，沒有單電壓簡單。
f．在斬波期間，仍有0.5nl的損耗，甩為斬波次數。
這種系統只適用于加工精度要求不高的場合。目前國內各廠家生產的改造型步進電動機數控系統的驅動大部分是這種類型。
3 pwm斬波分驅動電路
該驅動思安陸原理框圖如圖2所示
該電路采用了大功率vmosfet得vmosfet管具有驅動功率低、開關遍快、正溫度系數、安全區大、無二次擊身高增益等優點。
該驅動電路的技術關鍵是：
a．采用細分技術，提高定位精度，克服低頻振蕩，減小噪聲。
b．為保證細分后階梯電流波形前后沿一致，采用了v1、v2管同時斬波原理，實現了全能量回饋，提高了電源效率。
c．由于斬波期間電流的沿很陡，為證有足夠小的要求有足夠商的斬波率，而采用vmosfet管。
d．為了克服電磁噪聲，斬波頻率應小于20khz，超出人耳的聽覺范圍；由pwm專用集成電路易實現外同步，使各斬波頻率、相位****一致，消除了“差頻噪聲”。
e． 采用單電壓形式，使電路更為簡單。
以西安微電機研究所生產的i60bf5b電機為例，簡要說明驅動電路的工作原理，其細分數n=5。
計算機可提供系統所需的信號，有硬環分和軟環分兩種。硬環分可由eprom或gal實現，構成所謂“e+p”或“g+p”細分驅動器。
由于采用五細分，細每相需三根控制線，取其六種狀態000，001，010，．011，100，101，代表各臺階狀態。 d／a轉換，邏輯部分接收由計算機發來的信號，輸出相應的電壓基準和相序控制信號，其波形與相位關系如圖3所示。
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