步进电机晶振和驱动电路基础知识

对于给定尺寸的步进电机,绕组可以使用有限的空间.在优化步进电机驱动系统的过程中,有效利用可用的绕组空间以及石英晶振驱动器和绕组参数的匹配是非常重要的.我们在讨论步进电机绕组的基本电气特性时.特别注意驱动配置和电流控制方法.

步进电机的绕组由几匝铜线组成.导线缠绕在塑料线轴上,这允许单独制造绕组,定子和其他机械部件.在生产的最后阶段,绕线管安装在定子磁极周围.电阻和电感是绕组或任何线圈的两个固有物理特性.这两个基本因素也限制了石英晶振电机的可能性能.

绕组的电阻是电机功率损耗和发热的主要部分.绕组和电动机的尺寸和热特性限制了绕组中消耗的最大允许功率.

重要的是要注意,应该以有源晶振搭配最大功率消耗使用电动机才能有效.如果电动机的功率低于其功耗限制,则意味着它可以用较小尺寸的电动机代替,这种电动机很可能更便宜.电感使电动机绕组抵抗电流变化,因此限制了高速运行.图2显示了电感电阻电路的电气特性.

当方波电压施加到绕组时,这是步进电机全步进的情况,电流波形将被平滑.图3显示了三种不同频率的电流.高于特定频率,电流永远不会达到其最大值.由于电动机的转矩大致与电流成比例,因此随着踩踏频率的增加,最大转矩将减小.

为了克服电感并获得电动机的高速性能,存在两种可能性：增加电流上升速率和/或减小时间常数.由于增加的电阻总是导致功率损耗增加,因此优选地应该增加比率V/L以获得高速性能.

为了驱动电流通过绕组,我们应该：

•尽可能使用高压

•保持低电感.

因此,低电感/电阻电动机具有更高的额定电流.由于最大电流受到贴片晶振驱动器的限制,我们发现高性能温补晶振高度依赖于驱动器的选择.电机的限制因素是功耗,而不是电流本身.为了有效地利用电机,功耗应该在最大允许水平.

在恒定的最大允许功率耗散PR和给定的绕组空间的条件下,i.即给定的铜体积,唯一可以改变的参数是线圈匝数,或相应地,线径.

步进电机驱动电路有两个主要任务：

•改变相绕组中的电流和磁通方向

•通过绕组驱动可控制的电流量,并实现尽可能短的电流上升和下降时间,以获得良好的高速性能.

步进电机的步进需要在每个相位中独立地改变通量方向.方向改变通过改变当前方向来完成,并且可以使用双极或单极驱动以两种不同的方式完成.图4显示了这两种方案.仅显示两个阶段中的一个,因为两个阶段是相同的.