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案例实训指导书之五
数控机床步进电机驱
动器电路
电子技术教研室编
2005年10月
目录
1、步进电机驱动器系统示意框图 2
2 、两相步进电机的基本结构和工作原理 2
3、由功率MOSFET 管组成的 H 桥驱动电路 9
4 、由L297 组成的步进控制信号产生电路 12
5、电源电路 18
6、H 桥驱动电路中的过流检测电路 18
7、完整的步进电机控制驱动器电路 19
8、案例思考题 21
1
本案例主要介绍数控机床开环控制系统中的步进电机驱动器电路。步进电机驱
动器是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电路。通俗一点讲:步进驱
动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。
从而可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,达到准确定位的目的;同时也可以通
过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度,达到调速的目的。
1、步进电机驱动器系统示意框图
组成步进电机驱动器的电路包括:电源电路、光电隔离电路、步进电机专用控
制芯片电路、功率 MOSFET管驱动电路(功率 MOSFET管,即VMOS 管,由于 VMOS管在
一些驱动器说明书中常用功率 MOSFET 表示,在此编者保留这种表示方法。)、H 桥
驱动电路、过流检测与保护电路等。系统框图如图 1所示。
图 1 步进电机驱动器系统示意框图
控制脉冲是一个来自前级计算机或其他微处理器的 TTL 电平时钟信号,其输入
的脉冲个数就是步进电机要走的步数,其频率则决定了电机启动、旋转、停止的速
度和加速度;方向控制信号与启停控制信号均是 TTL 逻辑电平,可以是微处理器的
输出信号,也可以是电平开关信号,其中方向控制决定了步进电机是按顺时针旋转
还是按逆时针旋转,启停控制则可用于紧急情况下的电机停止旋转,切断电源。
2、两相步进电机的基本结构和工作原理
(1)基本结构。两相步进电机的基本结构和原理图如图 2(a)、(b)所示。两相步
进电机在结构上分转子和定子两部分。定子一般由硅钢片叠成,定子上所绕的线圈
称为励磁线圈。对于如图2(a)所示的绕线方式,AB引线为一相,CD引线为另一相。
当给某相线圈供电时将形成 4 个磁极。对于两相步进电机,两个绕组全部供电时将
形成 8 个磁极。每个定子磁极的内表面都分布着多个小齿,它们大小相同,间距相
同。
2
(a)基本结构图
A
B
C D
(b)原理图
图 2 两相步进电机基本结构图和原理图
转子是由永磁材料制成的,其主视图如图 3 所示。分上、下两层,若上层为 S
极,则下层必为 N 极。上、下两层外表面均匀分布着小齿,这些小齿与定子磁极上
的小齿的齿距相同,形状相似。转子上、下两层的齿呈半径相同的圆周分布,并相
互错开二分之一齿距角。而定子的小齿只分布在磁极上,属不完全齿。需注意的是,
转子的上、下两层是做成一体的,即上层转子的旋转将带动下层转子的旋转,反过
来亦如此。
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