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      兩相雙極步進電機的驅動(2)

      發布時間:2021-07-07 責任編輯:wenwei

      【導讀】在上一篇文章“兩相雙極步進電機的驅動(1)”中,給出了兩相雙極步進電機的基本驅動電路示例和驅動波形。此次“兩相雙極步進電機的驅動 其2”篇,將介紹驅動兩相雙極步進電機過程中電流再生時的Decay:電流衰減。
       
      兩相雙極步進電機的驅動:什么是Decay?
       
      在驅動步進電機時,需要進行Decay(電流衰減)控制。
       
      Decay是一種在關斷對電機的電源供給時使電流衰減的方法,有Slow Decay(慢速衰減)和Fast Decay(快速衰減)兩種基本方法。
       
      以下是上一篇中給出的步進電機驅動波形中的一部分。輸出電壓OUT是PWM信號,因此輸出電流是與PWM信號聯動ON/OFF的平均電流。由于驅動的是線圈,所以輸出電流的波形是鋸齒波,而不是PWM電壓輸出的方波。下圖是輸出電流的放大波形。
       
      兩相雙極步進電機的驅動(2)
       
      藍色波形是Slow Decay時的波形,由于衰減的斜率小,故電流衰減速度慢,PWM關斷期間的電流衰減也較慢。因此,在導通時達到設定電流值的時間也縮短了。
       
      紅色是Fast Decay時的波形,由于斜率較大,因此電流衰減速度快,衰減量也很大,也因此在導通時需要花一些時間才能達到設定的電流值,周期比Slow Decay要慢。
       
      Slow Decay和Fast Decay:方法的差異
       
      可以通過切換電機驅動器輸出H橋來選擇衰減方法。
       
      兩相雙極步進電機的驅動(2)
       
      圖中的線圈表示步進電機的線圈A和線圈B的一個線圈。這里省略了不在H橋四個開關的內部電流路徑中的開關。
       
      在Slow Decay(a)中,Q1和Q4處于導通狀態。在(b)和(c)中,Q4導通,Q2導通和關斷。盡管開關的狀態不同,但由于再生電流也會經由寄生二極管流向關斷的Q2的MOSFET,因此無論在哪種情況下,電流都以相同的方式流過。再生電流則僅是線圈中蓄積的電流流動。
       
      (D)Fast Decay的(d)處于導通狀態,與Slow Decay的狀態相同。在(e)中,Q2和Q3導通;在(f)中,所有的MOSFET均關斷,再生電流流經導通的Q2和Q3,也會經由寄生二極管流過關斷的Q2和Q3,因此在這兩種情況下電流都以相同的方式流過。電流會流向電源,但由于電源電壓試圖使電流沿相反方向流動,所以電流的衰減加快。
      可以根據以哪種狀態控制關斷來區分使用“Slow Decay”和“Fast Decay”。
       
      衰減方法的差異與步進電機驅動的關系
       
      與Fast Decay相比,Slow Decay的電流紋波更小,因此噪聲更小。另外,由于平均電流增加,所以可以增加產生的轉矩。但其缺點是如果脈沖頻率變快,波形會失真,電機無法正常旋轉。
       
      相反,Fast Decay在噪聲和轉矩方面雖然遜色,但對于高速脈沖頻率,則比Slow Decay更具優勢。
       
      什么是Mix Decay(混合衰減)?
       
      衰減方法基本上是Slow Decay和Fast Decay,不過還有一種將它們結合起來并充分利用兩者優點的方法,即Mix Decay。
       
      Mix Decay是以Fast Decay開始衰減,然后是Slow Decay。這使得電流衰減比Slow Decay快,而電流紋波比Fast Decay小。這不僅可以維持大轉矩,同時還支持高速脈沖率。某些驅動器IC可以調整Slow和Fast的時間比,可優化電流波形。
       
      兩相雙極步進電機的驅動(2)
       
      以下是不同步數Slow/Mix/Fast Decay時的波形。從波形可以看出,Mix Decay已得到優化。
       
      兩相雙極步進電機的驅動(2)
       
      關鍵要點:
       
      ?在兩相雙極步進電機的驅動中,與Fast Decay相比,Slow Decay的電流紋波更小,因此噪聲更小,平均電流更大,故可以獲得更大的轉矩。但是,在高脈沖頻率情況下表現不佳。
      ?在兩相雙極步進電機的驅動中,與Slow Decay相反,Fast Decay在噪聲和轉矩方面雖然表現遜色,但在高脈沖頻率方面則更具優勢。
      ?在兩相雙極步進電機的驅動中,Mix Decay可以結合Slow Decay和Fast Decay的優點來優化波形。
       
       
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