基于TB67S109A電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)

一、作品簡介

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。

雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。

此次作品主要采用TB67S109A電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。TB67S109A是一種配備PWM斬波器的兩相雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)置時(shí)鐘解碼器。特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

1、能夠控制一臺(tái)雙極步進(jìn)電機(jī)

2、能夠用PWM來控制恒流驅(qū)動(dòng)

3、允許全步，半步，四分之一，1/8，1/16，1/32步運(yùn)行。

4、錯(cuò)誤檢測(TSD/ISD)信號(hào)輸出功能。

5、內(nèi)置錯(cuò)誤檢測電路(熱關(guān)斷(TSD)，過電流關(guān)斷(ISD)，以及上電復(fù)位(POR)

5、可通過外電阻與電容自定義電機(jī)的斬波頻率。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

備注：步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制器的功率接口。

四、原理圖

4.1 TB67S109A驅(qū)動(dòng)電路

備注：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。也就是說步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，就可以對電機(jī)精確調(diào)速;控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，就可以對電機(jī)精確定位。

4.2 邏輯電路

備注：如上圖所示，這是一個(gè)由74HC123D構(gòu)成的雙重可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，它的功能是在沒有接收到脈沖信號(hào)時(shí)候自動(dòng)將驅(qū)動(dòng)電流降為一半。而M0、M1、M2的作用是選擇細(xì)分。

4.3 電源電路

備注：由于單片機(jī)工作在5V，而步進(jìn)電機(jī)的工作電壓為幾十V，所以需要XL1509對電源進(jìn)行穩(wěn)壓至5V，給單片機(jī)供給電壓。

五、材料清單(BOM表)主要物料

主要的元器件物料。

六、PCB實(shí)物圖

七、總結(jié)

在此次電子制作中，發(fā)現(xiàn)了一些步進(jìn)電機(jī)需要特別注意的事項(xiàng)，在這里提出來給大家參考參考：

1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，(0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低;

2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大;

3、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一是電機(jī)不失步，二是可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度;

4、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。