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提高步进电机运行质量有技巧，电流控制藏猫腻
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2017-12-10
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双极性步进电机的基础知识
双极性步进电机包含两绕组，为了使电机运行平稳，不断的给这两个线圈加以相位差90度的正弦波，步进电机就开始转动起来。
通常，步进电机不是由模拟线性放大器驱动；而是由PWM电流调节驱动，把线性的正弦波信号转换成了离散的直线段信号。 正弦波可被分成多段，随着段数的增加，波形不断接近正弦波。 实际应用中，段数多从4到2048或更多，大多数步进驱动IC采用4到64段细分。整步驱动，每一时刻只有一个相通电，两相电流交替和电流方向切换，使得一共产生四个步进电机机械状态。半步驱动，比整步驱动方式相对复杂一些，在同一时刻，可能两个相都需要被通电，如图1所示，使电机的步进分辨率提高了一倍。细分驱动，电机转子走一步的角度将会随着细分数的增加而减小，电机转动也越来越平稳，例如把一个32段细分序列称为八分之一步驱动模式（见图1）。
图1：细分驱动的电流波形。
电流控制精度的重要性
双极性步进电机转子的位置取决于流经两个线圈绕组的电流的大小。通常，选择步进电机的主要指标为，准确的机械定位或精准的机械系统速度控制。所以绕组电流的精度控制对步进电机的平稳运行非常重要。
在机械系统中，有两个问题会导致不准确的电流控制：
在低速运行或用步进电机用于定位控制的情况下，每一细分段电机运行的步数错误，导致错误的定位。
在高速运行下，系统非线性会导致短期电机运行速度变化，使得力矩不稳，增加了电机噪声和振动。
PWM控制和电流衰减模式（Decay Mode）
大多数的步进电机驱动IC，依靠步进电机绕组的电感特性实现PWM电流调节。通过每个绕组对应的功率MOSFET组成的H桥电路，随着PWM控制开始，电源电压被加到电机绕组上，从而产生驱动电流。一旦电流达到设定值，H桥就会切换控制状态，使得输出电流衰减。 一定固定时间后，一个新的PWM周期又会开始，H桥再次产生线圈电流。
重复这一过程，使绕组电流上升和下降。通过电流采样和状态控制，可以调节控制每一段细分的峰值电流值。
在预期的峰值电流达到后，H桥驱动绕组的电流衰减控制方式有两种：
绕组短路（同时开通低侧或高侧的MOSFET），电流衰减慢；
H桥反向导通，或允许电流通过MOSFET的体二极管流通，电流衰减快。
双极性步进电机包含两绕组，为了使电机运行平稳，不断的给这两个线圈加以相位差90度的正弦波，步进电机就开始转动起来。
通常，步进电机不是由模拟线性放大器驱动；而是由PWM电流调节驱动，把线性的正弦波信号转换成了离散的直线段信号。 正弦波可被分成多段，随着段数的增加，波形不断接近正弦波。 实际应用中，段数多从4到2048或更多，大多数步进驱动IC采用4到64段细分。整步驱动，每一时刻只有一个相通电，两相电流交替和电流方向切换，使得一共产生四个步进电机机械状态。半步驱动，比整步驱动方式相对复杂一些，在同一时刻，可能两个相都需要被通电，如图1所示，使电机的步进分辨率提高了一倍。细分驱动，电机转子走一步的角度将会随着细分数的增加而减小，电机转动也越来越平稳，例如把一个32段细分序列称为八分之一步驱动模式（见图1）。
图1：细分驱动的电流波形。
电流控制精度的重要性
双极性步进电机转子的位置取决于流经两个线圈绕组的电流的大小。通常，选择步进电机的主要指标为，准确的机械定位或精准的机械系统速度控制。所以绕组电流的精度控制对步进电机的平稳运行非常重要。
在机械系统中，有两个问题会导致不准确的电流控制：
在低速运行或用步进电机用于定位控制的情况下，每一细分段电机运行的步数错误，导致错误的定位。
在高速运行下，系统非线性会导致短期电机运行速度变化，使得力矩不稳，增加了电机噪声和振动。
PWM控制和电流衰减模式（Decay Mode）
大多数的步进电机驱动IC，依靠步进电机绕组的电感特性实现PWM电流调节。通过每个绕组对应的功率MOSFET组成的H桥电路，随着PWM控制开始，电源电压被加到电机绕组上，从而产生驱动电流。一旦电流达到设定值，H桥就会切换控制状态，使得输出电流衰减。 一定固定时间后，一个新的PWM周期又会开始，H桥再次产生线圈电流。
重复这一过程，使绕组电流上升和下降。通过电流采样和状态控制，可以调节控制每一段细分的峰值电流值。
在预期的峰值电流达到后，H桥驱动绕组的电流衰减控制方式有两种：
绕组短路（同时开通低侧或高侧的MOSFET），电流衰减慢；
H桥反向导通，或允许电流通过MOSFET的体二极管流通，电流衰减快。
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