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一种新的五相步进电机驱动电路开发 T.S.维拉孔和 T. 萨马拉纳亚克 斯里兰卡，佩勒代尼耶大学工程学院，电子与电气工程学院 摘要 本文详细地介绍了一种新的五相步进电机驱动电路。这种新的驱动电路是由 商业上现成的，廉价的，标准的步进电机驱动 IC 搭建，它能实现由内部电流回 路驱动的闭环速度和位置控制。经证明，这种驱动电路能推广到任何更多相数的 奇数相的步进电机。 这种驱动电路具有速度控制和方向控制，包括全步、半步、顺时针、逆时针 控制模式。 一、 概述 在大多数机器人和自动化工程设计中，各种各样步进电机都被广泛应用来得 到需要的运动姿态。步进电机倍受人们青睐是因为它不需要频繁的维护并能在苛 刻的环境中运行。步进电机及其驱动器的选择要根据具体应用中需要的效果来决 定。市场上最常见的是两相和四相步进电机。 可是，实际应用中要求高精度，低噪声和低震动，因此五相步进电机得以应 用。因为步距角较小，五相步进电机有较高的分辨率，较低的震动和良好的加速 与减速特性。因此，确保设计的驱动电路能使步进电机充分发挥这些优点非常重 要。 因为在机器人应用中是很少见得类型，而且结构很复杂，很难找到它们的驱 动 IC，只能专门定做。结果导致五相步进电机的驱动电路产品异常昂贵。 用普通步进电机如二相与四相步进电机的驱动控制 IC 来制作其它步进电机 的驱动电路是一种经济有效的方法。 L297 继承了控制单极性和双极性步进电机所需要的所有控制电路系统。 L298N 双 H 桥驱动器形成了一个完善的步进电机微处理器接口。在这里，我们 通过给L297 和L298N 加上微处理器和逻辑控制系统研究开发出了一种新的五相 步进电机驱动电路。 第二部分解释了元器件特性。第三部分介绍了控制逻辑电路设计。第四部分 是接口设计，结果在第五部分。最后，第六部分加以总结。 二、 主要元器件特性分析 如图一所示，集成块 L297 可以与 H 桥集成电路一起使用作为步进电机驱动 器。在该设计中，H 桥的功能用 L298N 或者 L293E 实现。这要根据步进电机的 额定功率而定。输入 L297 的控制信号可能来自为控制器或者外部开关。一个IC 能驱动一个两相双极性永磁式步进电机，一个四相单极性永磁式步进电机或者一 个四相变磁阻式步进电机。因为用到的电子元器件非常少，该设计好处颇多，比 如，花费少，可靠性高，占用的空间相对较小。按照接收到的输入信号的不同， L297 产生三种不同模式的相位序列，即半步模式，全步模式和波形模式。 图一 用 L297 和 L298N 构成的驱动一个两相单极性步进电机或一个四相单 极性步进电机的电路图 A. 电流控制 小型步进电机一般小型直流电源来控制绕组电流，它们的绕组电阻也是有限 制的。在另一方面，拥有较大额定扭矩值的步进电机具有较小的绕组电阻。因此， 它们需要对电流进行控制。 L297 以两个脉冲宽度调制（PWM ）斩波电路的形式提供负载电流控制，每 个斩波电路由一个比较器，一个触发器和一个外部感应电阻组成。 在该理论中，当电机电流增加时，控制系统将电源电压施加到电机。如图二 所示，当电流值达到阈值时，控制系统将通过改变电源电压的占空比来维持电流 的期望值。对于每一个斩波电路来说，步进电机电源电压的占空比（D ）定义为： D = Ton / (Ton + Toff), 其中 Ton 和 Toff 分别是 H 桥的导通和断开时间。 在斩波电路中，触发器由来自振荡器的各个脉冲置位，从而允许输出和允许 负载电流增长。 感应电阻两端的电压随着负载电流的增长而增长，当电压增长到 Vref 时，触发 器被重置，输出中断直到下次振荡器脉冲到来。在该方法中，Vref 决定了负载电 流的峰值。 图二 包含触发器、振荡器和电压比较器的电流控制电路