恒力矩步進電機驅動器分析設計

　　對于兩相恒流載波步進驅動器的基本功能就是電機的方向，速度可通過上位機發(fā)送的脈沖信號控制，并為設備安全運行考慮，應具有急停(使能)功能。L297的CLOCK接收可以來自上位機，每個CLOCK的上升沿使內部的變換器改變狀態(tài)，產生控制時序并從a、b、c、d引腳輸出。L297還具內部同步斬波輸出功能，以便于多個驅動器同步；內部半步/整步控制等。對于單一的設備，這樣的驅動器或許已經夠用，而當面對各種客戶，不同的設備，需要的電機也不一樣，自然電流大小也是不一樣的，那么在設計驅動器時，還需要從這個經濟性角度考慮，驅動器應具備調整電流大小的功能。如圖9，下滑滑動變阻器R7，NPN管的集電極電位變小，那么開關作用的NPN管完全開啟時，發(fā)射極的電位約等于集電極電位，即L297上的Vref變小，L298反饋電阻上的最高電位也即Vref。此時從公式Vref=I*r(反饋電阻)，可以看出繞組內的I也將變小，反之變大。本電路中的反饋電阻為R10、R11，值為1.0Ω/4W。所以電機電流I（A）=Vref/1.0Ω。只需萬用表測量JT2的1，2兩端的電壓值就可得到相應的電流I。

　　雖然L297+L298驅動器都具有內部半步/整步控制，但是若不改進控制電路，其輸出的峰值電流不變的，這樣會致使雙相整步時的輸出力矩是單相整步時的倍，同樣在半步狀態(tài)也會有這樣問題。那么力矩輸出的不平穩(wěn)會使驅動器的應用范圍，可靠性大打折扣。

　　所以筆者為了保證步進電機恒力矩換相，如圖9，

　　將L297輸出時序信號a、b，c、d信號經或門7432相或后再經與非門7400相與后，置R16低電平或高電平，從而改變NPN管的基極電位，控制其輸入到L297的Vref電壓大小。當L297輸出單相激勵信號或者半步單相激勵信號使相繞組單相工作時，將提升Vref電壓達倍?？紤]到轉矩電流特性的非線性，選取的元件參數使相應增大約1.4倍即可。另一方面，為了延長步進脈沖到來初始時刻的相繞組電流上升時間，需提高Vref電平。筆者將clock反相后輸入74123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A，在L297的變換器改變狀態(tài)的同時，74123在其Q端輸出時間常數為0.45*R18*C9的高電平，從而通過R19去控制NPN管，使L297在該時間內的Vref升高。

　　在實際應用中，設備需要調試、診斷等情況，驅動器內部擁有555震蕩器如圖8，通過調整滑動變阻器R15，可改變震蕩器Q輸出脈沖頻率，頻率變化范圍為10HZ到2000HZ，通過L297的clock控制L298橋路的切換速度，提高了電機的步進速度。如果要設置單步，只需要點動開關SW-2即可實現。L297的CW/CCW方向也可通過SW-4開關的高低電平來控制。當需要外部脈沖時，只需開關SW-6斷開內部脈沖。

　　5 測試研究

　　將SIZE17兩相混合步進電機接上驅動器，驅動器供電電壓24VDC，分別設置驅動器工作于整步兩相激勵方式如圖10，整步單相激勵方式如圖11，半步單、兩相激勵方式如圖12。用示波器、電流鉗測得的某相繞組電流波形：

　　從單相激勵和半步激勵看，單相狀態(tài)的峰值電流高于兩相狀態(tài)的峰值，實際測試約為1.3-1.5倍，達到了設計要求。

6 結束語

　　該步進電機驅動器，適合于驅動電壓不超過40V,電流不超過2.0A的兩相、四相雙極性步進電機，基本涵蓋了SIZE23以下的主流混合步進電機。廣泛用于醫(yī)療器械、分析儀器，基于主要芯片L297，L298技術成熟，價格便宜，該款驅動器性價比高，市場銷量大，反饋良好。

參考文獻：

[1] ZHAO T．Applicatim of 3955 in steper motor microstep—ping control[J]． Mechanical＆ Electrical EngineeringMagazine，2003，20(2)：46—49．

[2]史敬灼.步進電動機伺服控制技術. 北京：科學出版社， 2006-7-1

[3]鄧星鐘. 機電傳動控制. 華中理工大學出版社出版. 1998

[4] 譚建．電機控制專用集成電路[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003