内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 表2.1四相步进电机八拍工作方式存储状态表
地址 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 内容 01H 03H 02H 06H 04H 0CH 08H 09H 01H D C B A 0001 0011 0010 0110 0100 1100 1000 1001 0001 励磁状态 A AB B BC C CD D DA A 2.3 续流电路
步进电机的控制性能，与各相绕组导通和截止时电流的增加和衰减速度有关，对于加速度大、或者运行速度高的步进电机，当转换速度增加时，由于绕组电感的作用，电流经常不能立即升到额定值，同样在绕组断电时，电流也不能立即衰减到零。当步进电机下一相导通时，断电相绕组中的衰减电流对步进电机起制动作用。
如图2.7所示为一相励磁时的等效电路。L为绕组电感，R为串联回路的总电阻，E为反电动势。当步进电机为锁定状态时，忽略T管的压降，则绕组的电流为U/R。如果T断电，绕组中磁场能量将极力保持原有电流的方向。晶体管上的管压降将随Ldi/dt正比的增加，这个峰值电压的大小可能会超过一个晶体管的最大耐压U，造成晶体管损坏。常用的步进电机可以很容易产生数值
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比步进电机外加电压大的峰值电感电动势。这个电感电动势必须控制在晶体管安全运行区域内。所以驱动电路除了对步进电机绕组提供导通回路外，还必须提供一个绕组断电时的续流回路，其作用是既要保证电流的泄放的速度，同时又要抑制电感电势，保护晶体管不受感应电动势峰值的冲击。
图2.7 一相励磁电路
2.3.1 二极管续流
抑制电势的最简单的形式是用二极管跨接步进电机绕组的两端，如图2.8所示。在绕组导通期间，二极管处于反向截止状态。当绕组断电时，绕组电势极性反向，二极管处于正向导通的状态，为电流提供一个续流回路，二极管把功放管的集射极电压钳位到电源电压+U。
当一相绕组断电时，存储在绕组中的能量必须消耗在电路的电阻R中，该电阻包括绕组电阻，串联电阻和二极管正向导通电阻，衰减时间常数为L/R。在低速时，断电相电流衰减缓慢是允许的，但高速时，就会影响步进电机的控制性能。
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图2.8 二极管泄放电路 图2.9 负载曲线
2.3.2 二极管—电阻续流
要求高速或变速运行时，断电绕组的能量必须尽快消耗，这可以通过增加一个与二极管串联的电阻Rs，以减少泄放回路的时间常数，此时断电回路的时间常数为L/(R+Rs)。Rs的最大值取决于集—射极间的击穿电压Ucer。当步进电机截止时，若通过二极管的初始电流为额定电流In，即
In=U/R
则晶体管集—射极间的压降为 Uce=U+RsIn=U（1+Rs/R） 这样为使Uce 14 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 图2.10 二极管—电阻续流回路 图2.11 负载曲线 由以上分析可知续流电路的特点如下： (1) 断电相的磁场能量总是消耗在回路的电阻上，其中包括电动机绕组自身的电阻。 (2) 续流串联电阻的大小因需要保护功放管的安全而受到限制。 (3) 衰减时间常数大，在步进电机高速运行时产生阻转矩，影响系统的特性。 2.4 步进电机驱动电路 步进电机不能直接接到交、直流电源上工作，而必须使用专用设备—步进电机驱动器。步进电机驱动系统的性能，除与步进电机的自身性能有关外，在很大程度上也取决于驱动器的优劣。步进电机的驱动电路应该既要保证绕组有足够的电压电流，同时又要保证驱动级功率器件的安全运行，另外还应有较高的效率、较小的功耗和较低的成本。 驱动级的功率放大器件有中功率晶体管、大功率的晶体管、达林顿管、可 15 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 控硅以及各种功率模块。对于小功率的步进电机，可用中小功率晶体管进行驱动，晶体管具有放大倍数大、线路简单等优点，用于驱动小功率的步进电机（绕组电流在数百毫安）。对于功率较大的步进电机，由于绕组所需要的电流较大、电压高、反电动势也大，因此需要用大功率的的晶体管驱动。 步进电机驱动电路与一般电气设备驱动的不同点主要有： (1) 各相绕组都是工作在开关状态，多数电动机的绕组都是连续的交流或者直流，而步进电机的各相绕组都是脉冲式供电，所以绕组电流不是连续的而是离散的。 (2) 电动机的各相绕组是绕在铁心上的线圈，所以都有比较大的电感。绕组通电时电流上升率受到限制，因而影响电动机绕组电流的大小。 (3) 绕组断电时，电感中磁场的储能将维持绕组中已有的电流不能突变，结果使应该截止的相不能立即截止。为使电流尽快衰减，必须设计适当的续流回路。绕组导通和截止过程中都会产生较大的反向电动势，而截止时的反电动势将对驱动级器件的安全产生十分有害的影响。 (4) 电动机运转时在各相绕组中将产生旋转电动势，这些电动势的大小和方向将对绕组电流产生很大的影响。由于旋转电动势基本上与电动机转速成正比，转速越高，电动势越大，绕组电流越小，从而使电动机输出转矩也随着转速升高而下降。 (5) 电动机绕组中有电感电动势、互感电动势、旋转电动势。这些电动势与外加电源共同作用于功率器件，当其叠加结果使电动机绕组两端电压大大超过电源电压时，会使驱动级的工作条件更为恶化。 由于步进电机需要的驱动电流比较大，所以单片机与步进电机的连接都需要专门的接口电路及驱动电路。接口电路可以是锁存器，也可以是可编程的接 16