基于TB6560的步進電機驅(qū)動電路設(shè)計
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1.4步進電機自動半流電路
步進電機要減少發(fā)熱，就要減少銅損和鐵損。減少銅損就是減小電阻和電流，要求在選型時盡量選擇電阻小和額定電流小的電機，但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對于已選定的電機，首先，應(yīng)充分利用驅(qū)動器的自動半流控制功能和脫機功能，自動半流在電機處于靜態(tài)時自動減小電流，脫機功能是將輸出電機電流切斷；其次，細(xì)分驅(qū)動器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機發(fā)熱也會較少。減少鐵損與電機驅(qū)動電壓有關(guān)，高壓驅(qū)動的電機雖然會帶來高速特性的提升，但也帶來發(fā)熱的增加。所以應(yīng)當(dāng)選擇合適的驅(qū)動電壓等級，兼顧高速性、平穩(wěn)性和發(fā)熱、噪聲等指標(biāo)。
為盡可能減小電機發(fā)熟，需要TB6560的TQ2和TQ1引腳電平在電機工作時設(shè)置為電流輸出最大，在電機不工作時電流減半甚至更小，故稱為“自動半流電路”。用NFA、NFB定義最大輸出電流后，通過TQ2和TQ1設(shè)置電流比率輸出，設(shè)為00、01、10、11時，輸出的電流分別為最大電流的100％、75％、50％、25％。改變電機的驅(qū)動電流，也就改變了電機輸出扭矩的大小。自動半流電路設(shè)計選用可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路芯片74CH123，用電機的驅(qū)動脈沖CLK作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)脈沖。單穩(wěn)態(tài)電路的反向輸出接TQ2引腳，電機驅(qū)動脈沖持續(xù)時TQ2一直保持低電平，無驅(qū)動脈沖時保持高電平。在圖2電路中，TQ1連接3個跳線帽。接跳線1，TQ2、TQ1始終同為高或低電平，驅(qū)動電流在25％～100％切換；接跳線2，TQ2始終為低，電流在50％～100％切換；接跳線3，電流在25％～75％切換?？筛鶕?jù)工作驅(qū)動電流需要選擇不同跳線。
2步進電機失步和越步問題及解決方法
步進電機中產(chǎn)生的同步力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟隨定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，從而引起失步。失步產(chǎn)生的主要原因及解決方法：
①步進電機的轉(zhuǎn)矩不足，拖動能力不夠，當(dāng)驅(qū)動脈沖頻率達到某臨界值開始失步。由于步進電機的動態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩隨著連續(xù)運行頻率的上升而降低，因而凡是比該頻率高的工作頻率都將產(chǎn)生失步。
有3種解決方法：可使步進電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大，為此可在額定電流范圍內(nèi)適當(dāng)加大驅(qū)動電流；在高頻范圍轉(zhuǎn)矩不足時，適當(dāng)提高驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓；改用轉(zhuǎn)矩大的步進電動機等，也可使步進電機需要克服的轉(zhuǎn)矩減小，為此可適當(dāng)降低電機運行頻率，以便提高電機的輸出轉(zhuǎn)矩。
②步進電機起動失步。由于步進電機自身及所帶負(fù)載存在慣性，當(dāng)加速時間過短時會出現(xiàn)這一現(xiàn)象。應(yīng)該設(shè)置合理的加速時間，使電機從低速度平穩(wěn)上升到某個速度。
③步進電機產(chǎn)生共振也是引起失步的一個原因。步進電機處于連續(xù)運行狀態(tài)時，如果控制脈沖的頻率等于步進電機的固有頻率，將產(chǎn)生共振。在一個控制脈沖周期內(nèi)，振動尚未得到充分衰減，下一個脈沖就已來到，因而在共振頻率附近動態(tài)誤差最大并導(dǎo)致步進電機失步。解決方法：減小步進電機的驅(qū)動電流；采用細(xì)分驅(qū)動方法和阻尼方法。
轉(zhuǎn)子在步進過程中獲得過多的能量時，轉(zhuǎn)子的平均速度會高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度，使得步進電動機產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使步進電機產(chǎn)生越步。
當(dāng)步進電機存在越步時，可減小步進電動機的驅(qū)動電流，以便降低步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩或使減速時間加長。
3試驗結(jié)果
設(shè)計時應(yīng)該保證芯片邏輯電壓低于驅(qū)動電壓，否則芯片不能正常工作；在選取NFA、NFB檢流電阻時應(yīng)選功率不小于2 W的無感電阻；對電機驅(qū)動電源及驅(qū)動輸出連線和地的印制板布線，應(yīng)保證能穩(wěn)定通過3 A電流；電源入口加熔斷器保護驅(qū)動電路，以免電機的電流過大燒毀電路板。設(shè)計的驅(qū)動器應(yīng)用于雕刻機X、Y、Z三軸步進電機的驅(qū)動，經(jīng)過試驗，雕刻的樣品如圖4所示。從最終結(jié)果看，精度滿足目標(biāo)要求。
結(jié)語
本文提出了基于TB6500的步進電機驅(qū)動電路設(shè)計方案，并給出了步進電機失步和越步問題的解決方法。試驗證明，效果良好，達到預(yù)期目標(biāo)。
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