基于TB67S109A電機驅動(dòng)器的步進(jìn)電機設計

一、作品簡(jiǎn)介

步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制電機，是現代數字程序控制系統中的主要執行元件，應用極為廣泛。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進(jìn)電機是一種感應電機，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)電機供電，步進(jìn)電機才能正常工作，驅動(dòng)器就是為步進(jìn)電機分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。

雖然步進(jìn)電機已被廣泛地應用，但步進(jìn)電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動(dòng)電路等組成控制系統方可使用。

此次作品主要采用TB67S109A電機驅動(dòng)器。TB67S109A是一種配備PWM斬波器的兩相雙極步進(jìn)電機驅動(dòng)器，內置時(shí)鐘解碼器。特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

1、能夠控制一臺雙極步進(jìn)電機

2、能夠用PWM來(lái)控制恒流驅動(dòng)

3、允許全步，半步，四分之一，1/8，1/16，1/32步運行。

4、錯誤檢測(TSD/ISD)信號輸出功能。

5、內置錯誤檢測電路(熱關(guān)斷(TSD)，過(guò)電流關(guān)斷(ISD)，以及上電復位(POR)

5、可通過(guò)外電阻與電容自定義電機的斬波頻率。

三、系統設計

備注：步進(jìn)電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專(zhuān)用的步進(jìn)電機驅動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅動(dòng)單元、保護單元等組成。驅動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動(dòng)機微機控制器的功率接口。

四、原理圖

4.1 TB67S109A驅動(dòng)電路

備注：步進(jìn)電機驅動(dòng)器，它是把控制系統發(fā)出的脈沖信號轉化為步進(jìn)電機的角位移，或者說(shuō)：控制系統每發(fā)一個(gè)脈沖信號，通過(guò)驅動(dòng)器就使步進(jìn)電機旋轉一個(gè)步距角。也就是說(shuō)步進(jìn)電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。所以控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，就可以對電機精確調速;控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數，就可以對電機精確定位。

4.2 邏輯電路

備注：如上圖所示，這是一個(gè)由74HC123D構成的雙重可再觸發(fā)的單穩態(tài)多諧振蕩器，它的功能是在沒(méi)有接收到脈沖信號時(shí)候自動(dòng)將驅動(dòng)電流降為一半。而M0、M1、M2的作用是選擇細分。

4.3 電源電路

備注：由于單片機工作在5V，而步進(jìn)電機的工作電壓為幾十V，所以需要XL1509對電源進(jìn)行穩壓至5V，給單片機供給電壓。

五、材料清單(BOM表)主要物料

主要的元器件物料。

六、PCB實(shí)物圖

七、總結

在此次電子制作中，發(fā)現了一些步進(jìn)電機需要特別注意的事項，在這里提出來(lái)給大家參考參考：

1、步進(jìn)電機應用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉速不超過(guò)1000轉，(0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機工作效率高，噪音低;

2、步進(jìn)電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大;

3、電機在較高速或大慣量負載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一是電機不失步，二是可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度;

4、應遵循先選電機后選驅動(dòng)的原則。