二相步进电机的驱动电路设计核心在于精确控制两相绕组的电流方向和时序，以实现电机的步进旋转。其设计通常包含以下几个关键部分和步骤：

一、核心设计要点

1. 驱动器类型选择：

   • 双极性驱动器：驱动4线或8线电机（内部无中心抽头），需用H桥电路独立控制每相电流双向流动。
   • 单极性驱动器：驱动5线或6线电机（带中心抽头），电流单向流动，结构更简单但效率较低（部分绕组闲置）。

2. 控制逻辑生成：

   • 由微控制器（如STM32、Arduino）或专用驱动芯片（如DRV8825、A4988）产生步进信号（STEP）和方向信号（DIR），决定电机步进角度和转向。

3. 功率驱动电路：

   • H桥电路（双极性必需）：
     • 每相由4个功率MOSFET/晶体管组成H桥。
     • 通过切换开关组合控制电流方向（如：Q1-Q4导通正向，Q2-Q3导通反向）。
   • 单极性驱动：
     • 每相绕组一端接电源，另一端通过两个晶体管（或MOSFET）交替接地，无需H桥。

4. 电流控制：

   • 斩波控制（Chopper）：主流方案（集成芯片内置此功能）
     • 实时监测绕组电流（通过采样电阻）。
     • 当电流达到目标值时，关闭MOSFET；电流下降后重新开启，维持电流恒定。
   • 简单限流电阻：效率低（发热严重），仅适用于极小功率电机。

5. 保护电路：

   • 续流二极管（H桥MOSFET并联）：泄放绕组断电时产生的反电动势。
   • 过流保护：保险丝或电子限流。
   • 过热关断（集成芯片自带）。
   • 欠压锁定（UVLO）：防止低电压下异常工作。

二、常用设计方案

方案1：集成驱动芯片（推荐）

• 芯片型号：DRV8825、A4988、TMC2209（静音驱动）等。
• 优势：集成H桥、逻辑控制、斩波限流、保护电路。
• 电路设计：
  1. 芯片直接连接MCU的STEP/DIR信号。
  2. VREF引脚设置电流（VREF = I_max × R_sense × 缩放系数）。
  3. 外部并联0.1μF电源滤波电容。
  4. 电机绕组接芯片输出端（OUT1A/OUT1B等）。

方案2：分立元件设计（H桥）

• 器件：MOSFET（如IRF540N）、栅极驱动器（如IR2104）、比较器（电流检测）。
• 工作流程：
  1. MCU输出相位信号 → IR2104驱动MOSFET栅极。
  2. 采样电阻检测电流 → 比较器与参考电压对比 → 触发MOSFET关断（斩波控制）。
  3. H桥MOSFET需并联快恢复二极管（如FR107）。

三、设计步骤示例（基于DRV8825）

1. 确定电机参数：相数（2相）、额定电流（如1.2A）、额定电压。
2. 计算VREF：
   • 若I_max=1.2A，芯片内部R_sense=0.1Ω，缩放系数为0.5（需查手册）
   • VREF = 1.2A × 0.1Ω × 0.5 ≈ 0.06V（通过电位器调节至该电压）。
3. 连接电路：
   • VMOT接电源（8-35V），VDD接逻辑电源（3.3V/5V）。
   • STEP连MCU脉冲引脚，DIR连方向控制引脚。
   • 电机A相：A+→OUT1A，A-→OUT1B
   • 电机B相：B+→OUT2A，B-→OUT2B
4. 增加保护：
   • 电源端加100μF电解电容+0.1μF陶瓷电容。
   • 电机并联反向二极管（芯片内置，可不额外添加）。

四、关键设计注意事项

• 电流匹配：设置VREF必须≤电机额定电流，否则可能烧毁线圈。
• 散热设计：
  • 功率器件（MOSFET/驱动芯片）需加散热片。
  • PCB布局时功率地（PGND）与逻辑地分开走线。
• 反电动势处理：H桥MOSFET必须并联续流二极管。
• 避免共地干扰：电机电源地与逻辑电源地单点连接。
• 细分控制：通过芯片M0/M1/M2引脚设置细分（如1/16步），提高运动平滑度。

五、完整驱动系统框图

MCU (STM32/Arduino)
  │
  ├─ STEP脉冲 ──> DRV8825.STEP
  ├─ DIR方向 ──> DRV8825.DIR
  └─ ENA使能 ──> DRV8825.ENABLE
                │
                ├─ VREF ──> 电位器调节电流
                │
                ├─ OUT1A/B ──> 电机A相
                ├─ OUT2A/B ──> 电机B相
                │
                └─ VMOT ──> 电源 (12-24V) + 滤波电容

通过以上设计，可实现二相步进电机的高效、稳定驱动，适用于3D打印机、CNC机床、自动化设备等场景。推荐优先选用集成驱动芯片方案，可大幅降低设计复杂度并提高可靠性。