恒力矩步進電機驅(qū)動器分析設(shè)計

　　對于兩相恒流載波步進驅(qū)動器的基本功能就是電機的方向，速度可通過上位機發(fā)送的脈沖信號控制，并為設(shè)備安全運行考慮，應(yīng)具有急停(使能)功能。L297的CLOCK接收可以來自上位機，每個CLOCK的上升沿使內(nèi)部的變換器改變狀態(tài)，產(chǎn)生控制時序并從a、b、c、d引腳輸出。L297還具內(nèi)部同步斬波輸出功能，以便于多個驅(qū)動器同步；內(nèi)部半步/整步控制等。對于單一的設(shè)備，這樣的驅(qū)動器或許已經(jīng)夠用，而當面對各種客戶，不同的設(shè)備，需要的電機也不一樣，自然電流大小也是不一樣的，那么在設(shè)計驅(qū)動器時，還需要從這個經(jīng)濟性角度考慮，驅(qū)動器應(yīng)具備調(diào)整電流大小的功能。如圖9，下滑滑動變阻器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，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)動器都具有內(nèi)部半步/整步控制，但是若不改進控制電路，其輸出的峰值電流不變的，這樣會致使雙相整步時的輸出力矩是單相整步時的倍，同樣在半步狀態(tài)也會有這樣問題。那么力矩輸出的不平穩(wěn)會使驅(qū)動器的應(yīng)用范圍，可靠性大打折扣。

　　所以筆者為了保證步進電機恒力矩換相，如圖9，

　　將L297輸出時序信號a、b，c、d信號經(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L297輸出單相激勵信號或者半步單相激勵信號使相繞組單相工作時，將提升Vref電壓達倍。考慮到轉(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，為了延長步進脈沖到來初始時刻的相繞組電流上升時間，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，74123在其Q端輸出時間常數(shù)為0.45*R18*C9的高電平，從而通過R19去控制NPN管，使L297在該時間內(nèi)的Vref升高。

　　在實際應(yīng)用中，設(shè)備需要調(diào)試、診斷等情況，驅(qū)動器內(nèi)部擁有555震蕩器如圖8，通過調(diào)整滑動變阻器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，提高了電機的步進速度。如果要設(shè)置單步，只需要點動開關(guān)SW-2即可實現(xiàn)。L297的CW/CCW方向也可通過SW-4開關(guān)的高低電平來控制。當需要外部脈沖時，只需開關(guān)SW-6斷開內(nèi)部脈沖。

　　5 測試研究

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

　　從單相激勵和半步激勵看，單相狀態(tài)的峰值電流高于兩相狀態(tài)的峰值，實際測試約為1.3-1.5倍，達到了設(shè)計要求。

6 結(jié)束語

　　該步進電機驅(qū)動器，適合于驅(qū)動電壓不超過40V,電流不超過2.0A的兩相、四相雙極性步進電機，基本涵蓋了SIZE23以下的主流混合步進電機。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，價格便宜，該款驅(qū)動器性價比高，市場銷量大，反饋良好。

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