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专注高品质模拟电路目录contents010203瑞盟电机驱动芯片Roadmap步进电机和驱动方式细分驱动技术的实现

步进电机和驱动方式01

步进电机概念步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以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”。

步进电机的分类步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）1、反应式步进电机：反应式步进一般为三相，转子是用软磁材料做成，转子多齿，不同的齿形分布，可以产生不同的分辨率，这种结构的好处是，可以实现高速及高分辨率，且没有制动扭矩，扭矩比永磁式小，不适用于小电机。步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大，已基本淘汰。2、永磁式步进电机：永磁式步进一般为两相，转子是永磁体，磁铁磁通量大，进而扭矩大，所以保证了较好的输出扭矩和制动扭矩，这意味着无论线圈是否通电，电机都会抵抗位置变化(即使不是非常强烈)。步进角一般为7.5度或15度，体积可以做小，比如Φ20mm以下

步进电机的分类3、混合式步进电机混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：2相步进角一般为1.8度，5相步进角一般为0.72度，2相混合步进电机应用最广泛。转子带两个齿冠，齿冠在轴向被磁化，一个齿冠是北极，一个是南极。转子1和转子2的小齿于构造上互相错开1/2齿距。这种配置，使得混合型步进电机既有永磁式的优点，又有可变磁阻式的优点，特别是拥有高分辨率，高速，高扭矩。混合型步进电机，通常每圈有200步，也就是步距为360/200=1.8°，这种类型的电机受限于制造，尺寸做不小，更复杂的结构和控制，所以价格也更贵。

步进电机的分类按照接线方式的不同，步进电机又可以分为单极步进电机和双极步进电机。单极步进电机中，有一个中心抽头，这样好处一相只需要两个半导体开关，但缺点是一次仅使用电机线圈的一半，这意味着，如果在线圈中流过相同的电流，磁场强度将会减半，另外，由于必须连接更多的引线，所以这种电机更难以构造。双极性电机，每个线圈只有2个引线，要控制方向必须使用H桥的方案，相比单极性驱动，需要相对更复杂的驱动电路。

步进电机术语解释电机矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与脉冲频率关系的曲线称为电机矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。上图中的横坐标是驱动频率（DrivingPulse）,纵坐标是输出力矩（OutputTorque）,图中有两个工作区域和两条性能曲线（PULLIN和PULLOUT）,和横纵坐标共3个交点（A、B、C）。●驱动频率：步进马达驱动发出的脉冲信号，例如1000pps,2000pps等。●输出力矩：步进马达在设定的驱动条件下所能产生的用于外在负载的能力，以力矩值为指标反映。●自启动区域：在该区域条件下使用时马达可以直接启动，停止和反转。●PULLINLINE:相对应驱动频率下带动的对应纵轴负载MAX值，能够正常启动动作，不出现丢步等现象。●PULLOUTLINE:马达启动后，相对应驱动频率下带动的对应纵轴负载MAX值，能够正常工作，不丢步。但是如果直接在该区域内启动，有可能出现启动阶段丢步的现象。●A点：HoldingTorque,能够输出的保持力矩。●B点：自启动最大频率点，能够满足直接启动的最大频率●C点：启动后，连续动作的最大频率点。选型马达时，从额定电压下的步进马达矩频曲线去读取频率和力矩的对应关系。例如上图中假定频率设定在P1点，使用时拖动的负载就不能大于T1，如果需要能够以工作频率直接启动拖动的负载就不能大于T2，即需要设定在自启动区域内。

步进电机术语解释保持转矩这是当电机静止时，施加额定电流到绕组时，电动机产生的转矩。反向电动势当磁场变化时，附近的导体会产生感应电动势，其方向与加载线圈两端的电压正好相反。这个电压就是反向电动势。BEMF=?N×B×A×ω×sin（ωt）=Ke×ω式中N为线圈匝数，B为磁场，A为电机磁场所覆盖的面积，ω为角速度，t为时间，Ke为反电势系数。通过反向电动势可以用来检测失速（stall）。电机的共振点步进电机均有相对固定的共振区域，2相混合式步进电机的共振区一般在180～250pps之间（步距角1.8度）。电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移。为使电机输