基于SMA7029M的步進電機驅(qū)動設計

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

　　1 步進電機特點及驅(qū)動

　　步進電機受脈沖電流控制，每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。轉(zhuǎn)子的角位移正比于輸入脈沖的數(shù)量，轉(zhuǎn)子的角速度正比于輸入脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子繞組的通電順序。在使用過程中步進電機有一定的步距誤差，但沒有累計誤差。若維持控制繞組的電流不變，則步進電機就可停在某一位置不動。其按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應式步進電機和激磁式步進電機。按輸出力矩大小可分為伺服式步進電機和功率式步進電機。

　　由于步進電機是屬于感性器件，感抗與其輸入頻率是成正比。假設步進電機的轉(zhuǎn)速增加，其感抗也會增大。該狀態(tài)下流入電機線圈的電流就會減小，電機的輸出扭力達不到要求輸出，嚴重的情況下會造成電機失步或者電機只振動不轉(zhuǎn)。這就要求其驅(qū)動電路能夠提供穩(wěn)定的輸出電流，使步進電機具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。一般設計中步進電機驅(qū)動都用采用三極管或者是用ULN2803IC等來驅(qū)動，這些驅(qū)動在實驗板或一些轉(zhuǎn)速不高、帶動負載小的應用場所使用比較合適，在實際工作設計中遠遠達不到所需要求。針對這些問題，各大公司陸續(xù)推出了專用的步進電機驅(qū)動芯片，簡化其驅(qū)動設計。Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊就是一款性能使用簡單控制優(yōu)良的步進電機控制模塊，該多芯片模塊能為步進電機提供穩(wěn)定的輸出電流，使電機能夠穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。

　　2 步進電機工作原理

　　通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。

　　步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器

　　雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。

　　步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一， 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。

　　3 步進電機驅(qū)動設計

　　SMA7029M是專為高效率、高性能的兩相單極步進電機設計的多芯片模塊，它采用功率FET技術和單片邏輯控制電路對完成步進電機的運動控制。同一系列的還有SLA7024M和SLA7026M，三個芯片模塊不同主要是在輸出額定電流（1.5 A或3.0 A）和包裝樣式上。