步进电机驱动器以及原理图

步进电动机驱动器的工作原理
1.脉冲信号产生：
步进电动机驱动器通过接收外部的脉冲信号来控制步进电机的转动。

一般情况下，驱动器采用脉冲发生器产生脉冲信号，可以通过旋转编码器
或者计数器来控制脉冲频率和方向。

脉冲信号的频率和方向决定了步进电
动机的转动速度和方向。

2.脉冲信号解码：
驱动器将接收到的脉冲信号进行解码，将其转换为适当的控制信号。

根据不同的步进电动机类型，驱动器可以选择不同的解码方式，如全步进、半步进、微步进等。

解码方式决定了步进电机每次转动的步进角度。

3.电源供电：
驱动器通过内部的电源模块将外部的直流电源转换为适当的电压或电
流输出，以供步进电动机驱动。

电源模块一般包括电源变压器、整流电路
和滤波电路，可以提供稳定的电源输出。

4.驱动输出：
驱动器将解码后的控制信号转换为相应的功率输出，提供给步进电动机。

驱动器的功率输出一般包括两种类型：电流型和电压型。

电流型驱动
器通过调节输出电流的大小来控制步进电机的运动，可以提供较大的转矩。

电压型驱动器通过改变输出电压的大小来控制步进电机的运动，可以提供
较高的速度。

5.保护功能：
驱动器可以具备一些保护功能，包括过流保护、过压保护、过热保护等。

当发生异常情况时，驱动器会自动切断输出，以保护步进电动机和驱
动器本身的安全。

综上所述，步进电动机驱动器的工作原理包括脉冲信号的产生和解码、电源供电和驱动输出等环节。

通过控制这些环节，可以实现对步进电动机
的精确控制，以满足各种不同应用场景的需求。

一文搞懂步进电机特性原理及驱动器设计1、步进电机的概念步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。

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”。

步进电机的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率，来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。

2、步进电机的特点步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统，如果电机工作时的位置和速度信号反馈给控制系统，那么它就属于伺服电机。

相对于伺服电机，步进电机的控制相对简单，但不适用于精度要求较高的场合。

步进电机的优点和缺点都非常的突出，优点集中于控制简单、精度高，缺点是噪声、震动和效率，它没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低。

步进电机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低、发热大，有时会“失步”。

优缺点如下所示。

优点：1. 电机操作易于通过脉冲信号输入到电机进行控制；2. 不需要反馈电路以返回旋转轴的位置和速度信息（开环控制）；3. 由于没有接触电刷而实现了更大的可靠性。

缺点：1. 需要脉冲信号输出电路；2. 当控制不适当的时候，可能会出现同步丢失；3. 由于在旋转轴停止后仍然存在电流而产生热量。

3、步进电机的分类在相同电流且相同转矩输出的条件下，单极型步进电机比双极型步进电机多一倍的线圈，成本更高，控制电路的结构也不一样，目前市场上流行的大多是双极型步进电机。

步进电机在构造上通常主要按照转子特点和定子绕组进行分类，下面将详细介绍这两种类型的分类。

按照转子分类，有三种主要类型：反应式（VR型）、永磁式（PM型）、混合式（HB型）。

一份步进电机驱动器整机电路图（原创）在由上位机或PLC为主的工控系统中，尤其是在对各种机械设备的控制中，常常看到PLC、触摸屏、伺服电机驱动器、伺服电机或步进电机驱动器、步进电机的组合应用。

对于伺服电机和步进电机，由于结构简单，原理上也不是太复杂，看到实物，再配合应用，就了解了。

但对电机驱动器的结构和电路，限于各种条件，就难以知道其“本来面目”了。

本人由于工作关系，接手了一台需维修的步进电机驱动器，又由于维修的需要，测绘了步进电机的整机电路图，浏览之下，就知道步进电机驱动器是个怎么回事了。

在此将整机全图奉献于大家。

整机全图共4张。

第一张图：步进电机驱动的主电路和开关电源电路。

步进电机驱动器的功率输出电路的形式同变频器主电路是相似的。

每一路皆由两只IGBT管子做推挽式输出，在管子上也反向并联了二极管，以提供反向电流的通路，进而保护IGBT管子的安全。

IGBT 管子的过流保护信号由AR1、BR1两只电阻上取得，此两只电阻将流经IGBT管子的电流信号转化为电压信号，经后级保护电路处理，送入单片机。

开关电源输出的+5V，作为单片机的电源。

另外，+5V、-5V还作为保护电路的双电路供电。

一路+15V电源，经PIC和PT1转化为四路15V电源，供四路驱动电路用。

第二张图：驱动电源及端子信号来源。

由电源板来的+15V电源，经NE555时基电路振荡逆变，开关变压器PT1四个次级绕组输出四组互相隔离的15V直流电压，供驱动IC的供电；第三张图：步进电机驱动器的脉冲驱动电路及步时电机的工作电流设定电路等。

驱动IC采用IS2110S专用的驱动芯片，单片机输出的四路脉冲信号经由74LS08四二输入与门电路处理后，送入四片IS2110S驱动电路，经光电隔离和功率放大后，送放逆变功率电路，输入步进脉冲到步时电机；第四张图：CPU（单片机）电路和控制端子内电路图。

步进电机驱动器是由单片机生成四路脉冲信号，经后续电路驱动功率输出电路，进而驱动步进电机的。

步进电机驱动器的工作原理步进电机在控制系统中具有广泛的应用。

它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。

有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。

本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。

本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。

1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4～P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。

四相步进电机原理图及其驱动器的软、硬件设计1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c 所示：a. 单四拍b. 双四拍 c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。

使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。

图中L1为步进电机的一相绕组。

AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。

`基于L297系列芯片的步进电机驱动器设计说明书一：概述步进电动机是用脉冲信号进行控制，将点脉冲信号转换成相应的角位移和线位移的微电机，广泛地应用于打印机等办公知道设备以及各种控制装置。

步进电机和一般的电机不同，之接电源步进电机不能转动，而每加一个点脉冲仅转动一定的角度，另外，改变脉冲的频率时，步进电机的速率也跟着改变。

步进电机按电磁转距产生机理的不同可以分为反应式步进电机，永磁式步进电机和混合式步进电机，而按绕组的相数又可以分为单相，两相，三相。

五相………二：步进电机的驱动方式由于篇幅有限和设计的实际情况，在这我只介绍和设计方式相关的二相步进电机的励磁方式和驱动方式。

（一）驱动器结构简介步进电机驱动器主要结构可以由下图表示各部分的主要作用为1：环行分配器：根据输入信号的要求产生电机在不同状态下的开关波形2：信号处理：对环行分配器产生的开关信号波形进行PWM调制以及对相关的波形进行滤波整形处理3：推动级：对开关信号的电压，电流进行放大提升4：主开关电路：用功率元器件直接控制电机的各相绕组5：保护电路：当绕组电流过大时产生关断信号对主回路进行关断，以保护电机驱动器和电机绕组6：传感器：对电机的位置和角度进行实时监控，传回信号的产生装置。

（二）：励磁方式本设计对二相双极性电机进行的，所以介绍二相电机的励磁方式1：一相励磁：通电的绕组只有一相，依次切换相电流产生旋转步距角为1。

8度，对这种励磁方式，每个脉冲到来时的旋转角的响应有振动，若频率过高，有时会产生失步现象2：两相励磁：两相同时流通电流，也采用依次切换相电流的方法，二相励磁的步距角为1.8度，二相历次的总电流增大2倍，则最高启动频率增大，能获得高的转速，另外，过度性能也好。

3：一，二相励磁：这是一种交替进行一相励磁，二相励磁的方法，启动电流每两个始终切换依次，因此步距角为0。

9度，励磁电流变大，过度性能也好，最大启动频率也高。

（三）：驱动方式单极性和双极性是步进电机最常采用的两种驱动架构。

四相步进电机原理图本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。

1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：a. 单四拍b. 双四拍c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。

使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。

图中L1为步进电机的一相绕组。

AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。

PLC控制步进电机应用实例基于PLC的步进电机运动控制一、步进电机工作原理1. 步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单2. 步进电机的运转原理及结构电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。

0、1/3て、2/3て,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A‘与齿5相对齐，（A‘就是A，齿5就是齿1）3. 旋转如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。

如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。

如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。

如A相通电，B，C相不通电，齿4与A 对齐，转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。

如按A，C，B，A……通电，电机就反转。

由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。

而方向由导电顺序决定。

步进电机的静态指标术语拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

步进电动机的工作原理及驱动方法步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。

步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。

正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。

1.步进电动机的种类目前常用的有三种步进电动机：(1)反应式步进电动机(VR)。

反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。

(2)永磁式步进电动机(PM)。

永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。

(3)混合式步进电动机(HB)。

混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。

它有时也称作永磁感应子式步进电动机。

2.步进电动机的工作原理图1 三相反应式步进电动机的结构示意图1——定子 2——转子 3——定子绕组{{分页}}图1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。

电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60º。

各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。

转子上均布40个小齿。

所以每个齿的齿距为θE=360º/40=9º，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。

由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。

若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3º。

因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。

若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3º；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。

步进电机控制工作原理步进电机的名称步进电机(stepping motor),步进电机(step motor)，或者是脉冲电机(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等……有着各式各样的称呼方式，这些用日本话来表示的时候，就成为阶动电动机，还有，阶动就是一步一步阶段动作的意思，这各用另外一种语言来表示时，就是成为步进驱动的意思，总之，就是输入一个脉冲就会有一定的转角，分配转轴变位的电动机。

步进电机简介：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。

多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。

使用多相步进电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。

每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。

正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

步进电机按旋转结构分两大类：1是圆型旋转电机如下图A 2直线型电机，结构就象一个圆型旋转电机被展开一样，如下图B一，步进电机的种类现在，在市场上所出现的步进电机有很多种类，依照性能及使用目的等有各自不同的区分使用。

举个例子，各自不同的区分使用有精密位置决定控制的混合型，或者是低价格想用简易控制系构成的PM型，由于电机的磁气构造分类，因此就性能上来说就会有影响，其它的有依步进电机的外观形状来分类，也有由驱动相数来分类，和驱动回路分类等。