步进电机驱动芯片选型指南.docx

步进电机驱动芯片选型指南以下是中国步进电机网对步进电机驱动系统所做的较为完整的表述：1、系统常识：步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能，不但取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。对步进电机驱动器的争论几乎是与步进电机的争论同步进展的。2、系统概述：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号来自掌握器，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。3、系统掌握：步进电机不能直接接到直流或沟通电源上工作，必需使用专用的驱动电源步进电机驱动器。掌握器脉冲信号发生器可以通过掌握脉冲的个数来掌握角位移量，从而到达准确定位的目的；同时可以通过掌握脉冲频率来掌握电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。4、用途：步进电机是一种掌握用的特种电机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着微电子和计算机技术的进展步进电机驱动器性能提高，步进电机的需求量与日俱增。步进电机在运行中精度没有积存误差的特点，使其广泛应用于各种自动化掌握系统，特别是开环掌握系统。5、步进电机按构造分类：步进电机也叫脉冲电机，包括反响式步进电机VR、永磁式步进电机PM、混合式步进电机HB等。（1） 反响式步进电机：也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电机。其定子和转子均由软磁材料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和 槽，通电后利用磁导的变化产生转矩。一般为三、四、五、六相；可实现大转矩输出消耗功率较大，电流最高可达 20A，驱动电压较高；步距角小最小可做 到六分之一度；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运行指脉冲频率很低时震荡时间较长；启动和运行频率较高。（2） 永磁式步进电机：通常电机转子由永磁材料制成，软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽， 通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转 矩。一般为两相或四相；输出转矩小消耗功率较小，电流一般小于2A，驱动电压12V；步距角大例如 7.5 度、15 度、22.5 度等；断电时具有一 定的保持转矩；启动和运行频率较低。（3） 混合式步进电机：也叫永磁反响式、永磁感应式步进电机，混合了永磁式和反响式的优点。其定子和四相反响式步进电机没有区分但同一相的两个磁极相对，且两个磁极上 绕组产生的 N、S 极性必需一样，转子构造较为简单转子内部为圆柱形永磁铁，两端外套软磁材料，周边有小齿和槽。一般为两相或四相；须供给正负脉冲信 号；输出转矩较永磁式大消耗功率相对较小；步距角较永磁式小一般为 1.8 度；断电时无定位转矩；启动和运行频率较高；是目前进展较快的一种步进电机。6、步进电机按工作方式分类：可分为功率式和伺服式两种。（1） 功率式：输出转矩较大，能直接带动较大负载一般使用反响式、混合式步进电机。（2） 伺服式：输出转矩较小，只能带动较小负载一般使用永磁式、混合式步进电机。7、步进电机的选择：（1） 首先选择类型，其次是具体的品种与型号。（2） 反响式、永磁式和混合式三种步进电机的性能指标、外形尺寸、安装方法、脉冲电源种类和掌握电路等都不同，价格差异也很大，选择时应综合考虑。（3） 具有掌握集成电路的步进电机应优先考虑。8、步进电机的根本参数：（1） 电机固有步距角：它表示掌握系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如 86BYG250A 型电机给出的值为 0.9°/1.8°表示半步工作时为 0.9°、整步工作时为 1.8°，这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不肯定是电机工作时的实际步距角， 实际步距角和驱动器有关。（2） 步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为 0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。步进电机增加相数能提高性能，但步进电机的构造和驱动电源都会更 简单，本钱也会增加。（3） 保持转矩HOLDING TORQUE：也叫最大静转矩，是在额定静态电流下施加在已通电的步进电机转轴上而不产生连续旋转的最大转矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低 速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数 之一。比方，当人们说 2N.m 的步进电机， 在没有特别说明的状况下是指保持转矩为 2N.m 的步进电机。（4） 步距精度：可以用定位误差来表示，也可以用步距角误差来表示。（5） 矩角特性：步进电机的转子离开平衡位置后所具有的恢复转矩，随着转角的偏移而变化。步进电机静转矩与失调角的关系称为矩角特性。（6） 静态温升：指电机静止不动时，按规定的运行方式中最多的相数通以额定静态电流，到达稳定的热平衡状态时的温升。（7） 动态温升：电机在某一频率下空载运行，按规定的运行时间进展工作，运行时间完毕后电机所到达的温升叫动态温升。（8） 转矩特性：它表示电机转矩和单相通电时励磁电流的关系。（9） 启动矩频特性：启动频率与负载转矩的关系称为启动矩频特性。（10） 运行矩频特性/惯频特性：略（11） 升降频时间：指电机从启动频率升到最高运行频率或从最高运行频率降到启动频率所需的时间。 12 DETENT TORQUE ： 是指步进电机没有通电的状况下， 定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，简洁产生误会；反响式步进电机的转子不是永磁材料， 所以它没有 DETENT TORQUE。9、步进电机的一些特点：（1） 步进电机没有积存误差：一般步进电机的精度为实际步距角的百分之三到五，且不累积。（2） 步进电机在工作时，脉冲信号按肯定挨次轮番加到各相绕组上由驱动器内的环形安排器掌握绕组通断电的方式。（3） 即使是同一台步进电机，在使用不同驱动方案时，其矩频特性也相差很大。（4） 步进电机与其它电动机不同，其标称额定电压和额定电流只是参考值；又由于步进电机是以脉冲方式供电，电源电压是其最高电压，而不是平均电压，所以，步进电机可以超出其额定值范围工作。但选择时不应偏离额定值太远。（5） 步进电机外表允许的最高温度： 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应 取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲， 磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度完全正常。（6） 步进电机的力矩会随转速的上升而下降：当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率或速度的增大而相电流减小， 从而导致力矩下降。（7） 步进电机低速时可以正常运转,但假设高于肯定频率就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载状况下能够正常启动的脉冲频率，假设脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步 或堵转。在有负载的状况下，启动频率应更低。假设要使电机到达高速转动，脉冲频率应当有加速过程，即启动频率较低，然后按肯定加速度升到所期望的高频电 机转速从低速升到高速。（8） 四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以承受串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较低 的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的 0.7 倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用又称高速接法，所需要的驱动器 输出电流为电机相电流的 1.4 倍，因而电机发热较大。（9） 混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围比方 IM483 的供电电压为 12 48VDC，电源电压通常依据电机的工作 转速和响应要求来选择。假设电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但留意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动 器。（10） 供电电源电流一般依据驱动器的输出相电流 I 来确定。假设承受线性电源，电源电流一般可取 I 的 1.11.3 倍；假设承受开关电源，电源电流一般可取 I 的 1.52.0 倍。（11） 当脱机信号 FREE 为低电寻常，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态脱机状态。在有些自动化设备中，假设在驱动器不 断电的状况下要求直接转动电机轴手动方式，就可以将 FREE 信号置低，使电机脱机，进展手动操作或调整。手动完成后，再将 FREE 信号置高，以连续自 动掌握。（12） 用简洁的方法调整两相步进电机通电后的转动方向，只需将电机与驱动器接线的 A+和 A-或者 B+和 B-对调即可。10、步进电机驱动器的一些特点：（1） 构成步进电机驱动器系统的专用集成电路：A、脉冲安排器集成电路：如三洋公司的 PMM8713、PMM8723、PMM8714 等。B、包含脉冲安排器和电流斩波的掌握器集成电路：如 SGS 公司的 L297、L6506 等。C、只含功率驱动或包含电流掌握、保护电路的驱动器集成电路：如日本电元工业公司的 MTD1110四相斩波驱动和 MTD2023两相、H 桥、斩波驱动。D、将脉冲安排器、功率驱动、电流掌握和保护电路都包括在内的驱动掌握器集成电路，如东芝公司的 TB6560AHQ、MOTOROLA 公司的 SAA1042四相和 ALLEGRO 公司的 UCN5804四相等。（2） “细分驱动”概述： 概念：将“电机固有步距角”细分成假设干小步的驱动方法，称为细分驱动，细分是通过驱动器准确掌握步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次升到位，而断电相电流并不一次降为 0绕组电流波形不再是近似方波，而是 N 级近似阶梯波，则定子绕组电流所产生的磁场合力，会使 转子有 N 个的平衡位置形成 N 个步距角。最技术进展：国内外对细分驱动技术的争论格外活泼，高性能的细分驱动电路，可以细分到上千甚至任意细分。目前已经能够做到通过简单的计算使细分后的步距角均匀全都，大大提高了步进电机的脉冲区分率，减小或消退了震荡、噪声和转矩波动，使步进电机更具有“类伺服”特性。对实际步距角的作用：在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己对步距角的要求。假设使用细分驱动器，则用户只需在驱动器上转变细分数，就可以大幅度转变实际步距角， 步进电机的相数对转变实际步距角的作用几乎可以无视不计。承受细分技术与步进电机精度提高的关系：步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消退步进电机的低频振动，提高电机的运 转精度只是细分技术的一个附带功能。细分后电机运转时对每一个脉冲的区分率提高了，但运转精度能否到达或接近脉冲区分率还取决于细分驱动器的细分电流掌握 精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差异很大；细分数越大精度越难掌握。真正的细分对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，本钱亦会较高。国内有一些驱动器承受对电机相电流进展“平滑”处理来取代细分，属于“假细分”，“平滑”并不产生微步，会引起电机力矩的下降。真正的细分掌握不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。生产厂家对步进电机驱动系统的通俗表述如下：步进电机是一个把电脉冲转换成离散的机械运动的装置，与其匹配的驱动器共同组成一个可控的步 进电机运动系统，具有良好的数据掌握特性。在接 受来自掌握器PLC、单片机等可编程处理器的工作指令开关脉冲信号时，其驱动器依据工作指令向定子绕组有序励磁，使定子内部建立一个实时响应的脉 动的、非连贯性变化的磁场，并作用于周边带有很多小齿的转子，使转子产生旋转运动， 即施加 一个脉冲，马达转动一步。在抱负的状况下，其转子旋转的速度、 累计旋转角度完全同步于掌握器输入的脉冲频率及脉冲数，因而，只需在规定的时间内向步进电机运动系统供给有效的工作指令，转子将会被准确地驱动到设定的角 度位置，在进一步的工作指令到来之前，始终保持在该位置。步进电机的双向驱动、固有的刹车制动性能、可适当调整的输出扭矩、功率掌握、准确的位置度、高区分率、良好的数字交互界面，且仅承受开环控 制即能到达良好的使用效果等是其显著的优势。而且与伺服系统比较，其单位体积输出功率大、转动惯量小、无漂流及起动峰涌现象、无位置累积误差等良好优点， 是一种本钱低廉的数字掌握类电机。正由于具备以上固有的优点，在众多领域已奠定了其应用地位，并被广泛应用于需要掌握旋转角度、速度、位置和同步性的诸多领域，如办公室自动化、安防、医疗设备，纺织品机器、舞台灯光、贩卖机与售票机，机械自动化等。选用步进电机时应留意以下几点：1、一般应选用力矩比实际需要大百分之五十到百分之百的步进电机，由于步进电机不能过负载运行， 即便是瞬间过载都可能造成失步、停转或不规章原地来回作动。2、上位掌握器输入的脉冲电流必需够大一般要>10mA，以确保光电耦合器稳定导通，否则会导致步进电机失步；假设输入脉冲频率过高，会因个别脉冲接收不到，导致步进电机失步。3、启动频率不应太高，应在启动程序中设置加速过程，即从规定的启动频率开头，加速到设定频率， 否则就可能不稳定，甚至处于惰态。4、电机假设未固定好，造成猛烈共振，也会导致步进电机失步。5、应了解步进电机的固有弱点：输入脉冲频率过高，易导致丢步；输入脉冲频率过低，易消灭共振； 转速偏高时扭矩降低明显。6、应了解最型步进电机的性能，必要时选用承受了最掌握技术的高级步进电机系统，高级系统既可以使步进电机在高速状态下削减共振，还能运用削减步进电机反电动势的技术，增加电机在高速状态下的扭矩。选用步进电机驱动器应留意以下几点：1、使用步进电机驱动器留意事项1电源电压要适宜过压可能造成驱动模块的损坏，直流输入的+/-极性不得接错，驱动掌握器的电流设定值应当适宜开头时不要太大； 2掌握信号线接牢靠，工业环境下应考虑屏蔽问题如承受双绞线；3） 不要一开头就把全部线全接上，可先进展最根本系统的连接，确认运行良好后再完成全部连接。4） 必需事先确认好接地端和浮空端。5） 刚开头运行时，认真观看电机的声音和温升状况，觉察特别应马上停机调整。2、一般步进电机驱动器识别的最低脉冲脉宽和 2 细分下的最高承受频率一般识别的最低脉冲脉宽不少于 2 微秒，2 细分下的最高承受频率为 40khz 左右3、步进电机驱动器的一般故障现象不工作，丢步或许电机力不够，时走时停，大小步，震惊大，抖动明显，乱转，缺相等。选用步进电机掌握器应留意以下几点：1、步进电机的驱动电路依据掌握信号工作，掌握信号由单片机或其它如 PLC 等产生。其根本原理作用如下：(1) 掌握换相挨次通电换相这一过程称为脉冲安排。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电挨次为 A-B-C D,通电掌握脉冲必需严格依据这一挨次分别掌握 A,B,C，D 相的通断。(2) 掌握步进电机的转向假设给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，假设按反序通电换相，则电机就反转。(3) 掌握步进电机的速度假设给步进电机发一个掌握脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短， 步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进展调速。2、PLC 与步进电机驱动器接线指南：q0.0->掌握脉冲q0.2->掌握方向L+->共阳端L+与 pul+、dir+相接q0.0 ->掌握脉冲与 pul-连接q0.2->掌握方向与 dir-连接留意脉冲和方向均串 1k 电阻选用步进马达 IC 应留意以下两点：1、选用高集成度、技术成熟的最马达 IC 产品，有利于加快电子类运动掌握产品更换代的速度， 有利于降低产品开发的难度，有利于拓宽单一产品的实际应用范围，有利于提高产品的性价比。2、目前技术领先的高集成度马达 IC 产品主要有，德国 TRINAMIC 运动掌握产品、东芝马达 IC 产品等，这些厂家步进马达 IC 的共同特点是体积小、集成度高、运行稳定、性价比高、供货渠道稳定多元。步进电机驱动芯片选型指南：步进电机网产品搜寻系统 :/ zgbjdj /news2.asp?id=1504