基于TB6560的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2010-02-05 來源：網(wǎng)絡(luò)

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步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過對步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。DCY2、DCY1外接撥碼開關(guān)設(shè)置電流衰減模式(0、25％、50％、100％)，用于滿足不同的步進(jìn)電機(jī)需要。由于電機(jī)本身狀況、供電電源狀況及脈沖頻率等其他因素的影響，步進(jìn)電機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，通過電流衰減模式的設(shè)置可減小甚至消除這種噪聲。圖3顯示了衰減模式為0和50％時(shí)線圈電流的變化，可看出波形具有明顯的改善。

1.4步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)半流電路

步進(jìn)電機(jī)要減少發(fā)熱，就要減少銅損和鐵損。減少銅損就是減小電阻和電流，要求在選型時(shí)盡量選擇電阻小和額定電流小的電機(jī)，但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對于已選定的電機(jī)，首先，應(yīng)充分利用驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)半流控制功能和脫機(jī)功能，自動(dòng)半流在電機(jī)處于靜態(tài)時(shí)自動(dòng)減小電流，脫機(jī)功能是將輸出電機(jī)電流切斷；其次，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機(jī)發(fā)熱也會(huì)較少。減少鐵損與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān)，高壓驅(qū)動(dòng)的電機(jī)雖然會(huì)帶來高速特性的提升，但也帶來發(fā)熱的增加。所以應(yīng)當(dāng)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電壓等級，兼顧高速性、平穩(wěn)性和發(fā)熱、噪聲等指標(biāo)。

為盡可能減小電機(jī)發(fā)熟，需要TB6560的TQ2和TQ1引腳電平在電機(jī)工作時(shí)設(shè)置為電流輸出最大，在電機(jī)不工作時(shí)電流減半甚至更小，故稱為“自動(dòng)半流電路”。用NFA、NFB定義最大輸出電流后，通過TQ2和TQ1設(shè)置電流比率輸出，設(shè)為00、01、10、11時(shí)，輸出的電流分別為最大電流的100％、75％、50％、25％。改變電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，也就改變了電機(jī)輸出扭矩的大小。自動(dòng)半流電路設(shè)計(jì)選用可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路芯片74CH123，用電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖CLK作為單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)脈沖。單穩(wěn)態(tài)電路的反向輸出接TQ2引腳，電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖持續(xù)時(shí)TQ2一直保持低電平，無驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)保持高電平。在圖2電路中，TQ1連接3個(gè)跳線帽。接跳線1，TQ2、TQ1始終同為高或低電平，驅(qū)動(dòng)電流在25％～100％切換；接跳線2，TQ2始終為低，電流在50％～100％切換；接跳線3，電流在25％～75％切換?？筛鶕?jù)工作驅(qū)動(dòng)電流需要選擇不同跳線。

2步進(jìn)電機(jī)失步和越步問題及解決方法

步進(jìn)電機(jī)中產(chǎn)生的同步力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟隨定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，從而引起失步。失步產(chǎn)生的主要原因及解決方法：

①步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足，拖動(dòng)能力不夠，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率達(dá)到某臨界值開始失步。由于步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩隨著連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而降低，因而凡是比該頻率高的工作頻率都將產(chǎn)生失步。

有3種解決方法：可使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大，為此可在額定電流范圍內(nèi)適當(dāng)加大驅(qū)動(dòng)電流；在高頻范圍轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，適當(dāng)提高驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電壓；改用轉(zhuǎn)矩大的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等，也可使步進(jìn)電機(jī)需要克服的轉(zhuǎn)矩減小，為此可適當(dāng)降低電機(jī)運(yùn)行頻率，以便提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

②步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)失步。由于步進(jìn)電機(jī)自身及所帶負(fù)載存在慣性，當(dāng)加速時(shí)間過短時(shí)會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象。應(yīng)該設(shè)置合理的加速時(shí)間，使電機(jī)從低速度平穩(wěn)上升到某個(gè)速度。

③步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振也是引起失步的一個(gè)原因。步進(jìn)電機(jī)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果控制脈沖的頻率等于步進(jìn)電機(jī)的固有頻率，將產(chǎn)生共振。在一個(gè)控制脈沖周期內(nèi)，振動(dòng)尚未得到充分衰減，下一個(gè)脈沖就已來到，因而在共振頻率附近動(dòng)態(tài)誤差最大并導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)失步。解決方法：減小步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流；采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)方法和阻尼方法。

轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得過多的能量時(shí)，轉(zhuǎn)子的平均速度會(huì)高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度，使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生越步。

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)存在越步時(shí)，可減小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，以便降低步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩或使減速時(shí)間加長。

3試驗(yàn)結(jié)果

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證芯片邏輯電壓低于驅(qū)動(dòng)電壓，否則芯片不能正常工作；在選取NFA、NFB檢流電阻時(shí)應(yīng)選功率不小于2 W的無感電阻；對電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源及驅(qū)動(dòng)輸出連線和地的印制板布線，應(yīng)保證能穩(wěn)定通過3 A電流；電源入口加熔斷器保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路，以免電機(jī)的電流過大燒毀電路板。設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用于雕刻機(jī)X、Y、Z三軸步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過試驗(yàn)，雕刻的樣品如圖4所示。從最終結(jié)果看，精度滿足目標(biāo)要求。