【ADI TMC2208 步进电机评估板】第二篇：深入浅出步进电机驱动原理

Maker_kun

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本帖最后由 Maker_kun 于 2024-8-15 22:09 编辑

步进电机示意图与实物演示

驱动示意图：

实物两相四线步进电机：

每个四节拍旋转角度：

步进电机种类很多，大概可分为

问题一：步进电机是否可以发电

步进电机可以直接驱动步进电机(同类型电机，大功率带动小功率)

步进电机驱动波形

问题二：H桥直驱逆变原理

步进电机驱动，可以看做两个直流电机控制，通过H桥可以将直流电转换交流电，从而控制电机的正转、反转

步进电机驱动逻辑：

通常步进电机内部是由两组线圈组成，因此需要将两个 H 桥分别连接到两组线圈的端子上，从而可以形成两相四线的控制方式。在两个线圈中，我们习惯性地把他们分别称为 A 相和 B 相，而 A 相的两个端子又分别记为 A+、A-，同理 B 相的两个端子称为 B+、B-。通过给 A 相和 B 相施加一定的电流，从而可以形成一个矢量合成的磁场，由于磁场的存在，所以可以把步进电机的转子进行旋转控制。使用 NSUC1610 的桥臂输出MOUT0 和 MOUT1 分别连接步进电机的 A+ 相、A- 相，使用桥臂输出 MOUT2 和 MOUT3 分别连接到步进电机的 B+ 相、B- 相，通过控制 A 相和 B 相的电流可以组成四个象限

全步模式下，只需要在每一步调整一个相位的电流方向，就可以实现简单的全步控制。例如在第一象限电流方向为 A+, B+; 在第二象限为 A-, B+; 第三象限为 A-, B-; 第四象限为 A+, B-; 依次循环往复，这样每一步的电流矢量即为 45°，135°，225°，315°，具体波形如图

半步模式下，是基于全步控制中间插入一个 0 电流状态，再配合 A+,B+, A-, B- 进行组合，即可以得到 8 个矢量状态，这八个状态分别是 0°， 45°， 90°， 135°， 180°， 225°， 270°， 315°，具体波形如图

缩放模式是针对半步控制进行的一种优化，由于半步控制的矢量大小不在一个圆内，因此会产生转矩脉动和运转不均衡的情况。为了能够减小这个脉动，我们需要将大小不为1的矢量除以√2，经过这个操作以后，每一步的转矩大小就都一样从而避免了转矩突破而产生的脉动，具体波形如图

微步控制是将 A, B 两相的电流分别设置成正弦、余弦电流，正余弦的电流分辨率直接影响步进电机控制的噪音以及旋转的丝滑程度。典型的微步控制是指在每一个象限细分的步数，可支持每个象限最多 32 步细分，在一个步进角范围内则可以实现最多到 128 细分，具体电流控制波形如图

问题三：步进电机细分驱动原理

需要明确一点，步进电机最好的驱动电压电流信号为交流正弦信号，可以减少噪声、发热等问题

细分微步效果：

问题四：步进电机正反转原理

步进电机正反转实际上就是控制驱动逻辑时序，将正转驱动逻辑逆过来

参考来源：https://b23.tv/ieK6WZt

问题五：步进电机驱动器

步进电机驱动器的工作原理主要基于将控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，即每接收到一个脉冲信号，步进电机就旋转一步距角。具体来说，步进电机驱动器通过其内部的逻辑电路和功率电路，根据外来的控制脉冲和方向信号，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，从而实现电机的正向/反向旋转或锁定。在工作过程中，步进电机驱动器通常由控制器、驱动器和与电机连接的电路组成，可实现对步进电机的精确位置和速度控制。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。这种控制方式使得步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，可以通过控制脉冲信号的频率对电机进行精确调速；同时，还可以控制脉冲的个数来对电机进行精确定位。此外，步进电机驱动器的设计还涉及到多种工作模式，如半步、基本步距和两相激励等，这些模式通过不同的逻辑关系和工作方式来实现对步进电机的精细控制。例如，L297/L298步进电动机控制器-驱动器采用固定斩波频率的PWM恒流斩波方式工作，并具有三种不同的工作模式。综上所述，步进电机驱动器的工作原理是通过接收并处理来自控制系统的脉冲信号，利用其内部的逻辑电路和功率电路，按照特定的时序和模式控制步进电机的绕组通电，从而实现对步进电机的精确控制，包括转速、位置和方向。

市面上各种步进电机驱动器，不同功率，不同电压，不同用途

参考相关附件：

步进电机学习资料 (10).pdf (4.46 MB, 下载次数: 4)

步进电机学习资料 (9).pdf (941.32 KB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (8).pdf (1.12 MB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (7).pdf (659.4 KB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (6).pdf (2.02 MB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (5).pdf (3.66 MB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (4).pdf (5.88 MB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (3).pdf (496.51 KB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (2).pdf (995.44 KB, 下载次数: 1)

步进电机学习资料 (1).pdf (723.43 KB, 下载次数: 4)

因时间有限及个人水平有限，有错误希望大家多多指出，一块共同进步，谢谢！

秦天qintian0303

步进电机可以直接驱动步进电机大功率带动小功率这个确实没有试过

Maker_kun

秦天qintian0303 发表于 2024-8-16 11:03 步进电机可以直接驱动步进电机大功率带动小功率这个确实没有试过

用差分探头测试步进电机两端波形，是正弦波电压波形，实测确实可以带动步进电机，但是需要转数达到一定速度才行，感觉原理类似发电机吧

cemfbjs

感谢楼主分享，写的很详细，正在学习相关知识，下载来好好学习

Maker_kun

cemfbjs 发表于 2024-8-23 15:51 感谢楼主分享，写的很详细，正在学习相关知识，下载来好好学习

一块进步

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