基于SMA7029M的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

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(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。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?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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。

　　1 步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)及驅(qū)動(dòng)

　　步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流控制，每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)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(guò)程中步進(jìn)電機(jī)有一定的步距誤差，但沒(méi)有累計(jì)誤差。若維持控制繞組的電流不變，則步進(jìn)電機(jī)就可停在某一位置不動(dòng)。其按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和激磁式步進(jìn)電機(jī)。按輸出力矩大小可分為伺服式步進(jìn)電機(jī)和功率式步進(jìn)電機(jī)。

　　由于步進(jìn)電機(jī)是屬于感性器件，感抗與其輸入頻率是成正比。假設(shè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，其感抗也會(huì)增大。該狀態(tài)下流入電機(jī)線圈的電流就會(huì)減小，電機(jī)的輸出扭力達(dá)不到要求輸出，嚴(yán)重的情況下會(huì)造成電機(jī)失步或者電機(jī)只振動(dòng)不轉(zhuǎn)。這就要求其驅(qū)動(dòng)電路能夠提供穩(wěn)定的輸出電流，使步進(jìn)電機(jī)具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。一般設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)都用采用三極管或者是用ULN2803IC等來(lái)驅(qū)動(dòng)，這些驅(qū)動(dòng)在實(shí)驗(yàn)板或一些轉(zhuǎn)速不高、帶動(dòng)負(fù)載小的應(yīng)用場(chǎng)所使用比較合適，在實(shí)際工作設(shè)計(jì)中遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到所需要求。針對(duì)這些問(wèn)題，各大公司陸續(xù)推出了專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊就是一款性能使用簡(jiǎn)單控制優(yōu)良的步進(jìn)電機(jī)控制模塊，該多芯片模塊能為步進(jìn)電機(jī)提供穩(wěn)定的輸出電流，使電機(jī)能夠穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　2 步進(jìn)電機(jī)工作原理

　　通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)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(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　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)并不能象普通的直流電機(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。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。

　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一， 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。

　　3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　SMA7029M是專為高效率、高性能的兩相單極步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的多芯片模塊，它采用功率FET技術(shù)和單片邏輯控制電路對(duì)完成步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。同一系列的還有SLA7024M和SLA7026M，三個(gè)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。