意法半导体:通用电机与步进电机控制方案

 

意法半导体拥有强大的、面向电机控制应用的产品组合。 运转顺畅和高效率推动了电机控制的发展。  面向PMSM、PMAC和感应电机（其采用高性能微控制器、功率晶体管与高压栅极驱动器IC）的磁场定向控制（FOC）软件的发展满足了对更高效率的需求。 对于功率较低的应用而言，面向步进电机的新型高集成度控制器/驱动器IC可以为步进电机实现更顺畅的运转和更高的定位精度。

通用电机

通用电机属于串励电机，可由AC或DC电源供电。 由于励磁（定子）绕组与电枢（转子）绕组串联，所以任一极性的电流都会产生方向相同的转矩。 由于2个绕组内的电流和磁场同时反转，所以在AC电源供电的情况下，电机运转良好。 通用电机的优点在于起动转矩高、设计紧凑、运行速度快和成本低。 它们被用于众多消费类产品（例如电功工具和小家电），功率通常低于1马力。

很多应用直接由带或不带速度控制功能的AC电源供电。 利用DC电源为电机供电具有一定的优势，特别是在电机具有速度控制功能的时候。 利用DC斩波器或者PWM驱动器，电机的峰值电流比由具有可控硅整流控制功能的AC电源驱动的配置要低得多，所以电机产生的热量就低得多。

反转电机转动方向要求改变与电枢绕组相对的励磁绕组内的电流方向。

通用电机高频PWM驱动器

利用DC电源驱动通用电机时，可以利用电机的脉宽调制驱动器实现速度控制。 插入DC总线低端、由微控制器驱动的单个晶体管可以轻松实现速度控制。

然而，与DC电机不同，不能利用H桥进行方向控制。 大多数需要双向操作的应用都会转而采用DC电机。

脉宽调制 （PWM） 技术 （也称斩波驱动） 用于调整作用于电机的电压。 通过 PWM 占空比的变化，可以调整电机的有效电压。 与相位角驱动相比，斩波驱动需要采用输入整流器 （如果采用交流电源供电）、功率开关和关断时保持电机电流续流的快速功率二极管组成更为复杂的功率级。 与相位角分化相比，PWM 调制的优点是效率高、可闻噪声低并具有更为出色的 EMC 特性，但会影响电刷使用寿命。

 

通用电机控制交流驱动器

这类电机一般用于不需要连续运转模式的交流应用。 交流通用电机驱动电路采用相位角极化技术控制转速。 这种方法由改变加给电机的 RMS 电压组成。 这种情况下，电压是双向开关三极管（Triac）点火角的函数。 ACST 系列开关器件高换向能力可以快速改变点火角。 导通角 （α），即点火角，理论变量为0°至180°。 ST 提供广泛的产品选择，满足这种应用各方面的要求，帮助您实现高度可靠的稳定性目标。

 

步进电机

在最简单的形式下，永磁和混合式步进电机可以认为是一种转子上附有1个永磁体、定子上附有2个线圈的电机。 通过改变定子上绕组内电流的方向来运转电机。 电流方向每变一次，定子的磁场就会发生改变，转子就会转动起来以便与之对齐。 电流每变一次，电机就前进一步。 步进电机配置的不同主要在于驱动电机所用的步进顺序和驱动电机所需的电路拓扑。 步进电机可以按整步、半步和微步进模式进行驱动。

步进电机2相双极驱动器

双极步进电机中的电流可沿两个方向流动，二相电机中的两个绕组需要采用全桥转换器分别驱动。

步进电机驱动电路一般以开关模式工作，并包括电流控制电路，用以按预定分布控制绕组中的电流。 半步和整步模式下，电流分布为方波，而微步模式下，电流分布接近正弦波。 双极步进电机需要采用整流桥。

 

步进电机3相和5相双极驱动器

多相步进电机采用大量相位，以减少振动，尽管制造成本比较高。 步进电机驱动电路一般以开关模式工作，并包括电流控制电路，用以按预定分布控制绕组中的电流。 半步和整步模式下，电流分布为方波，而微步模式下，电流分布接近正弦波。

多相双极步进电机需要采用多个整流桥。

 

步进电机单极驱动器

单极步进电机中，所有定子绕组共享公共端子，每个绕组的自由端子分别连接独立功率开关，电流沿一个方向在电机绕组中流动。

步进电机驱动电路一般以开关模式工作，并包括电流控制电路，用以按预定分布控制绕组中的电流。 半步和整步模式下，电流分布为方波，而微步模式下，电流分布接近正弦波。

采用开关阵列驱动单极步进电机效率更高。