步进电机的控制驱动原理

　　步进电机的基本操作模式称为“励磁模式”，能够使步进电机工作在全步模式、半步模式和微步模式，其中微步模式能够有效的降低步进电机相电流的噪声，能够改善步进电机固有的噪声震动问题。下面将介绍3种励磁模式。

　　全步模式

　　所谓全步模式，就是依据电机固有结构设计固定的步距角工作，一个电脉冲，步进电机前进一个步距角。这个步距角使电机设计结构所决定的，也可以理解为电机以最大的步距角旋转。

　　半步模式

　　半步模式是以电机固有的结构决定的步距角的一半角度进行步进旋转。如下图所示，步进电机的总极数是4级，对应的步距角是90度，那么半步模式下，步进电机每个脉冲旋转45度。

　　微步模式

　　微步模式类似于半步模式，步距角更小，就是1/4步、1/8步、1/16步，可以到很高的细分。对应的步进角度就是在整步步距角乘以微步系数。

　　步进电机的步距角越小，需要的加工精度会越高，对应的微步时的步进角度的误差会越大。

　　电机控制驱动器

　　步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电机驱动器，它有脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。如下图所示。

　　典型驱动系统的方框图

　　驱动单元与步进电机直接耦合，也可以理解成步进电机微机控制器的功率接口。下面将使用MCU和分离元器件的系统举例说明。MCU相当于是控制电机的大脑，它向分立器件发送电机的步距角时间、转动方向和重复次数等，而分立器件根据MCU发出的信号，将放大电压和电流并将其发送至电机，从而驱动电机转动。

　　MCU和分离元器件的系统

　　如上图所示，该系统使用了MCU和电机控制驱动器IC。从输入控制信号来区分，步进电机控制器IC可以分为相入力型和时钟入力型。相入力型是指电机的每个励磁相的电流方向由输入信号控制，而时钟入力型是指电机的驱动由脉冲信号来控制。

　　相入力型

　　相入力型电机驱动器需要A和B两相的控制信号，只需要时钟信号，需要控制信号的MCU做更多的运输工作。

　　时钟入力型

　　时钟入力型电机驱动器的控制接口，需要时钟信号(单脉冲信号)输入，其控制信号相对简单，MCU的资源占用较少。

　　电机驱动安全技术

　　上电复位功能(POR)

　　上电复位功能将监控电机驱动器，以及电机驱动控制器的电源。为防止电机操作故障，它将强制关闭输出信号直至供电电压保持稳定。如下图所示。

　　过电流检测功能(ISD)

　　过电流关断功能将监控输出单元的电流，如果电流超过规定值，将强制关闭输出，该功能的用途在于当发生短路时暂时停止IC输出。如下图所示。

　　热关断功能(TSD)

　　热关断功能在于，当电机控制驱动器芯片温度超过规定值时关闭输出，并保持该状态直至温度下降。