恒力矩步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分析設(shè)計(jì)

　　對(duì)于兩相恒流載波步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的基本功能就是電機(jī)的方向，速度可通過上位機(jī)發(fā)送的脈沖信號(hào)控制，并為設(shè)備安全運(yùn)行考慮，應(yīng)具有急停(使能)功能。L297的CLOCK接收可以來自上位機(jī)，每個(gè)CLOCK的上升沿使內(nèi)部的變換器改變狀態(tài)，產(chǎn)生控制時(shí)序并從a、b、c、d引腳輸出。L297還具內(nèi)部同步斬波輸出功能，以便于多個(gè)驅(qū)動(dòng)器同步；內(nèi)部半步/整步控制等。對(duì)于單一的設(shè)備，這樣的驅(qū)動(dòng)器或許已經(jīng)夠用，而當(dāng)面對(duì)各種客戶，不同的設(shè)備，需要的電機(jī)也不一樣，自然電流大小也是不一樣的，那么在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，還需要從這個(gè)經(jīng)濟(jì)性角度考慮，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具備調(diào)整電流大小的功能。如圖9，下滑滑動(dòng)變阻器R7，NPN管的集電極電位變小，那么開關(guān)作用的NPN管完全開啟時(shí)，發(fā)射極的電位約等于集電極電位，即L297上的Vref變小，L298反饋電阻上的最高電位也即Vref。此時(shí)從公式Vref=I*r(反饋電阻)，可以看出繞組內(nèi)的I也將變小，反之變大。本電路中的反饋電阻為R10、R11，值為1.0Ω/4W。所以電機(jī)電流I（A）=Vref/1.0Ω。只需萬用表測量JT2的1，2兩端的電壓值就可得到相應(yīng)的電流I。

　　雖然L297+L298驅(qū)動(dòng)器都具有內(nèi)部半步/整步控制，但是若不改進(jìn)控制電路，其輸出的峰值電流不變的，這樣會(huì)致使雙相整步時(shí)的輸出力矩是單相整步時(shí)的倍，同樣在半步狀態(tài)也會(huì)有這樣問題。那么力矩輸出的不平穩(wěn)會(huì)使驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用范圍，可靠性大打折扣。

　　所以筆者為了保證步進(jìn)電機(jī)恒力矩換相，如圖9，

　　將L297輸出時(shí)序信號(hào)a、b，c、d信號(hào)經(jīng)或門7432相或后再經(jīng)與非門7400相與后，置R16低電平或高電平，從而改變NPN管的基極電位，控制其輸入到L297的Vref電壓大小。當(dāng)L297輸出單相激勵(lì)信號(hào)或者半步單相激勵(lì)信號(hào)使相繞組單相工作時(shí)，將提升Vref電壓達(dá)倍?？紤]到轉(zhuǎn)矩電流特性的非線性，選取的元件參數(shù)使相應(yīng)增大約1.4倍即可。另一方面，為了延長步進(jìn)脈沖到來初始時(shí)刻的相繞組電流上升時(shí)間，需提高Vref電平。筆者將clock反相后輸入74123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A，在L297的變換器改變狀態(tài)的同時(shí)，74123在其Q端輸出時(shí)間常數(shù)為0.45*R18*C9的高電平，從而通過R19去控制NPN管，使L297在該時(shí)間內(nèi)的Vref升高。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)備需要調(diào)試、診斷等情況，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部擁有555震蕩器如圖8，通過調(diào)整滑動(dòng)變阻器R15，可改變震蕩器Q輸出脈沖頻率，頻率變化范圍為10HZ到2000HZ，通過L297的clock控制L298橋路的切換速度，提高了電機(jī)的步進(jìn)速度。如果要設(shè)置單步，只需要點(diǎn)動(dòng)開關(guān)SW-2即可實(shí)現(xiàn)。L297的CW/CCW方向也可通過SW-4開關(guān)的高低電平來控制。當(dāng)需要外部脈沖時(shí)，只需開關(guān)SW-6斷開內(nèi)部脈沖。

　　5 測試研究

　　將SIZE17兩相混合步進(jìn)電機(jī)接上驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器供電電壓24VDC，分別設(shè)置驅(qū)動(dòng)器工作于整步兩相激勵(lì)方式如圖10，整步單相激勵(lì)方式如圖11，半步單、兩相激勵(lì)方式如圖12。用示波器、電流鉗測得的某相繞組電流波形：

　　從單相激勵(lì)和半步激勵(lì)看，單相狀態(tài)的峰值電流高于兩相狀態(tài)的峰值，實(shí)際測試約為1.3-1.5倍，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語

　　該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，適合于驅(qū)動(dòng)電壓不超過40V,電流不超過2.0A的兩相、四相雙極性步進(jìn)電機(jī)，基本涵蓋了SIZE23以下的主流混合步進(jìn)電機(jī)。廣泛用于醫(yī)療器械、分析儀器，基于主要芯片L297，L298技術(shù)成熟，價(jià)格便宜，該款驅(qū)動(dòng)器性價(jià)比高，市場銷量大，反饋良好。

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