恒力矩步進(jìn)電機驅動(dòng)器分析設計

　　對于兩相恒流載波步進(jìn)驅動(dòng)器的基本功能就是電機的方向，速度可通過(guò)上位機發(fā)送的脈沖信號控制，并為設備安全運行考慮，應具有急停(使能)功能。L297的CLOCK接收可以來(lái)自上位機，每個(gè)CLOCK的上升沿使內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還具內部同步斬波輸出功能，以便于多個(gè)驅動(dòng)器同步；內部半步/整步控制等。對于單一的設備，這樣的驅動(dòng)器或許已經(jīng)夠用，而當面對各種客戶(hù)，不同的設備，需要的電機也不一樣，自然電流大小也是不一樣的，那么在設計驅動(dòng)器時(shí)，還需要從這個(gè)經(jīng)濟性角度考慮，驅動(dòng)器應具備調整電流大小的功能。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(kāi)關(guān)作用的NPN管完全開(kāi)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(wàn)用表測量JT2的1，2兩端的電壓值就可得到相應的電流I。

　　雖然L297+L298驅動(dòng)器都具有內部半步/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(wèn)題。那么力矩輸出的不平穩會(huì )使驅動(dòng)器的應用范圍，可靠性大打折扣。

　　所以筆者為了保證步進(jìn)電機恒力矩換相，如圖9，

　　將L297輸出時(shí)序信號a、b，c、d信號經(jīng)或門(mén)7432相或后再經(jīng)與非門(mén)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(shí)，將提升Vref電壓達倍?？紤]到轉矩電流特性的非線(xiàn)性，選取的元件參數使相應增大約1.4倍即可。另一方面，為了延長(cháng)步進(jìn)脈沖到來(lái)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)間常數為0.45*R18*C9的高電平，從而通過(guò)R19去控制NPN管，使L297在該時(shí)間內的Vref升高。

　　在實(shí)際應用中，設備需要調試、診斷等情況，驅動(dòng)器內部擁有555震蕩器如圖8，通過(guò)調整滑動(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(guò)L297的clock控制L298橋路的切換速度，提高了電機的步進(jìn)速度。如果要設置單步，只需要點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW-2即可實(shí)現。L297的CW/CCW方向也可通過(guò)SW-4開(kāi)關(guān)的高低電平來(lái)控制。當需要外部脈沖時(shí)，只需開(kāi)關(guān)SW-6斷開(kāi)內部脈沖。

　　5 測試研究

　　將SIZE17兩相混合步進(jìn)電機接上驅動(dòng)器，驅動(dòng)器供電電壓24VDC，分別設置驅動(dòng)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(shí)際測試約為1.3-1.5倍，達到了設計要求。

6 結束語(yǔ)

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

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