將單級步進電機作為雙級步進電機進行驅動

2020-11-25 電子發燒友

將單級步進電機作為雙級步進電機進行驅動

德州儀器 發表於 2020-11-05 10:16:08

步進電機有許多不同類型，但永磁體和混合步進電機有兩種主要繞組配置，通過兩相驅動——單極性和雙極性。單極電機的常見接線配置是連接到電機繞組（A +，A-，B +和B-）的六根導線，以及連接到電機供電電壓Vm的每相的中心抽頭，如圖1所示。

圖1：六線單極步進電機繞組連接

這種配置中，電機通過接通電機繞組的各個段來進行換向，這意味著電流僅需在一個方向上流動。這種配置可以簡化驅動電路的設計，因為只需要四個低側開關和續流二極體即可接通繞組的各個段。圖2說明了採用2.0A單極步進電機驅動DRV8805的此類配置

圖2：DRV8805與單極電機連接時的布線

簡化設計需要權衡的因素是：在任何給定時刻，電機僅使用一半的繞組，從而無法實現最大的轉矩能力。

相反，雙極步進電機只有四根導線連到電機繞組，分別標記為A+、A-、B+和B-。如圖3所示，雙極步進電機沒有中心Vm抽頭。

圖3：四線雙極步進電機繞組連接

由於缺少中心抽頭，雙極步進電機需要電流雙向流入繞組，因此需要更多的電子器件來推挽電流。現在可接通全繞組，從而產生比單機繞組配置更高的可用轉矩。

通過對繞組連接進行少量重新配置後，可將單極步進電機用作雙極步進電機。使用六線單極電機執行此操作時，請斷開各相中心Vm抽頭的連接，並用電工膠帶將其粘住。如圖4所示，這種也稱為雙極串聯的布線配置現在允許雙向（雙極）電流在電機繞組中流動。

圖4：配置單極步進電機繞組

作為雙極串聯步進電機進行驅動

這種重新配置確實存在一些基本權衡因素。雙極串聯配置為整個繞組供電，因此與單極步進電機相比，在保持位置和較低速度下可獲得更高轉矩。但這給雙極串聯步進電機帶來了更高的總電感，且在更高速度下，其有效轉矩的下降速度要比單極配置的下降速度更快（圖5）。

圖5：單極與雙極串聯步進電機轉矩/速度曲線

此行為歸因於輸出轉矩與速度和電感的反比例關係，如公式1所示：

該公式中，τ是轉矩，Vm是電機供電電壓，v是電機速度，L是電機電感。

許多應用都可在其系統中使用單極或雙極步進電機，包括暖通電子膨脹閥、ATM模塊和印表機。無論步進電機的類型如何，使用雙極步進電機驅動集成電路均具有優勢。您可以：

減少在不同電機類型的系統之間重新設計電路板的時間，

採購更少的組件，並且

提供更廣泛的產品和性能。

TI 的20-V、2.0-A DRV8847和50-V、1.5-A DRV8436等步進電機驅動可以靈活地驅動單極步進電機和雙極步進電機。 我們還提供專用的單極步進驅動器，例如 2.0-ADRV8803、DRV8804、DRV8805和DRV8806。

責任編輯：haq

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