一种实用的步进电机驱动电路

文章摘要：步进电机具有快速启停、精确定位的特点，在数字控制领域经常使用步进电机作为位置控制的执行机构．步进电机在快速运行中，要求驱动电路提供给步进电机绕组的驱动电流尽可能地接近其技术指标要求的数值，以产生足够的转矩．由于步进电机是感性负载，当运行速度提高后要提高绕组的工作电流，必须提高电源电压．实际应用中，常采用的控制方式是高低压恒流斩波控制．在笔者给西北轴承厂改造磨床的过程中，设计了一种实用的步进电机驱动电路，它可以驱动75BF003-130BF003四种型号的三相六拍反应式步进电机，最高运行频率每分钟15 000步．该电路除具有恒流斩波的特性外，还具有过流保护和超温保护的功能．经过实际应用，表明电路

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步进电机具有快速启停、精确定位的特点，在数字控制领域经常使用步进电机作为位置控制的执行机构．步进电机在快速运行中，要求驱动电路提供给步进电机绕组的驱动电流尽可能地接近其技术指标要求的数值，以产生足够的转矩．由于步进电机是感性负载，当运行速度提高后要提高绕组的工作电流，必须提高电源电压．实际应用中，常采用的控制方式是高低压恒流斩波控制．在笔者给西北轴承厂改造磨床的过程中，设计了一种实用的步进电机驱动电路，它可以驱动75BF003-130BF003四种型号的三相六拍反应式步进电机，最高运行频率每分钟15 000步．该电路除具有恒流斩波的特性外，还具有过流保护和超温保护的功能．经过实际应用，表明电路的可靠性很高，从未发生由于电机故障而烧坏大功率管的问题，特推荐给大家．

1 电路的结构
    电路(图1)由速度判别电路，过流超温检测电路，A、B、C相驱动电路和电源组成．在该电路中，有单片机输出的A相驱动信号(PA)、B相驱动信号(PB)、C相驱动信号(PC)和锁相驱动信号(L)，均为低电平有效．驱动步进电机的高压电源采用AC70V整流滤波后供给，锁相电源采用AC4.5 V半波整流后供给．另外，电路还需要的+12 V和+5 V直流电压采用对AC10V和AC5V经过二极管整流滤波后获得，数字电路所需要的电源通过板间接口J401由主机提供．
 

2 各部分电路介绍
2.1 速度判别电路
    速度判别电路的核心是一片可重触发单稳CD4538(图2)．当单片机控制步进电机运行时，首先将锁相驱动信号L置为高电电平，随后PA、PB、PC按照A→AB→B→BC→C→CA→A(或AC→C→BC→B→AB→A→AC)的顺序依次轮流出现低电平，从而驱动步进电机一步一步地运行．由于在运行过程中，PA、PB和Pc信号至少有一个会出现跳变(上升沿或下降沿)，而这种跳变经过由电阻和电容(如R470、C411、R471、R490和D431等)组成的微分电路变成一个负脉冲加到8输入端与非门U409的输入端，进而在其输出端产生一个正脉冲触发单稳U408A；U408A的输出Q与锁相驱动信号L经过由锗开关二极管D473、D474构成的与门去控制A、B、C三相驱动电路的斩波电路．由于U408A的暂态时间大约是1 S，因此当步进电机的运行速度低于每秒钟l步时，速度判别电路先输出约1 S的高电平，使各相驱动电路进行约1 S的恒流斩波动作，使步进电机迅速到位，随后转到锁相状态(步进电机各相的电流降到其工作电流的大约一半)，以降低步进电机的功耗．
 
2.2 过流、超温检测电路
    过流、超温检测电路的核心是由电压比较器LM393(U403A)构成的施密特触发器(图3)．在该电路中，锗开关二极管D437-D440构成了1个或门，A、B、C三相电流检测电阻上的电压V1A、V1B 、V1C经过该或门加到施密特触发器的输入端(U403A的3脚)．当这3个电压中有任意一个超过U403A的2脚设定电压+0.2 V(锗二极管的正向压降)时，由电压比较器LM393构成的施密特触发器翻转，其输出为高电平；这个高电平一方面通过D441的正反馈使其输出维持为高电平，另一方面其输出经过U407E反相(VP信号)将A、B、C相驱动电路的高压开关管和锁相开关管关断，从而保护大功率三极管的安全．
 
    S401-S406为安装在6个大功率管上的常闭温度开关，其动作温度为70℃．当6个功率管中的任意一个管壳温度超过7O℃时，温度开关断开，高电平加到施密特触发器的输入端，从而使VP为低电平，将6个大功率管关断，进而保护大功率三极管的安全．

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