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三相混合式步进电机驱动器设计胡静1 丰宋波 2（1.武汉理工大学自动化学院，湖北 武汉 430070；2.深圳纽科利核电工程有限公司，广东 深圳518124） 摘 要：为了提高三相混合式步进电机低频运行的稳定性、降低系统噪声和振动，设计了采用功率器件和细分技术的驱动器。
通过合理选择步进电机相绕组细分电流波形，增加步进电机运行的平稳性，具体的分析了控制电路的设计：电流指令发生器、电流闭环控制器以及故障保护电路。
关键词：混合式步进电动机；驱动器；细分技术中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2010）02-070-04早期的三相混合式步进电机驱动器是完全由模拟电路实现，硬件电路复杂。
随着电机驱动朝着数字化的方向发展，后来出现了数字与模拟相结合的三相混合式步进电机驱动 器[1]，随着高速DSP 的出现，电机控制朝着全数字控制[2]的方向发展。
一方面，由于采用全数字控制，硬件电路相当简单，成本低廉；另一方面，可以利用DSP 运算速度快、精度高和软件编程灵活的特点，采用合适的控制策略，提高驱动器的性能。
目前，步进电机驱动系统存在的主要问题之一是低频振荡。
步进电机在低速运行时易出现低频振动现象，振动频率与负载情况和驱动器性能有关，低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。
本文主要是针对步进电机低频整荡的问题，设计了采用功率器件和细分技术的驱动器。
1 驱动器设计三相混合式步进电机驱动器系统分为两大部分，一是主回路部分，二是控制回路部分。
驱动器结构框图如图1所示。
图1驱动器结构框图1.1主回路部分驱动器的主回路部分采用交直交电压型逆变器形式。
由不控整流桥、滤波器、逆变器以及三相混合式步进电动机等组成。
不控整流桥和滤波电容器一起构成直流电压源，完成恒频恒压(CFCV)交流电源到直流电源的变换。
不控整流桥由功率二极管完成，其中输入为220V、50Hz 交流电，输出直流电压为300V。
SJ-3H110MB 三相混合式步进电机细分驱动器一、性能简介SJ-3H110MB 三相混合式步进电机驱动器把交流伺服电机驱动器原理应用到步进电机驱动器中，输入的220VAC 经整流后产生325VDC ，再经调制器调制为325V 阶梯式正弦电流波形，每个阶梯对应电机转动一步，通过改变驱动器输出电流的频率来改变电机转速，而输出的阶梯数确定了电机转过的角度。
SJ-3H110MB 混合式步进电机驱动器，具有以下特点：1．采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全数字式电流环控制，三相正弦电流驱动输出，使三相混合式电机低速无爬行，无共振区，噪音小。
2．驱动器功放级的电压达到DC325伏，步进电机高速运转仍然有高转矩输出。
3．具备短路、过压、欠压、过热等完善保护功能，可靠性高。
4．具有细分、半流和掉电相位记忆功能。
5．具有多种细分选择，可控制电机在任意细分状态下精确定位，最小步距角可设为0.036°（10000步/转）。
适用 面广，通过设置不同相电流可配置各种电机。
二、电气技术参数输入电源 AC220V -15%～+10% 50/60HZ 5.5A(MAX) 输出相电流 1.7A ～6.8A 适配电机 三相混合式步进电机工作环境 0℃～50℃ 15～85%RH 、不结露。
无腐蚀性、易燃、易爆、导电性气体、液体和粉尘。
存放环境 0℃～50℃ 15～85%RH 、不结露。
驱动方式 PWM （脉宽调制）恒流斩波，三相正弦波电流输出。
步距角 0.036°、0.045°、0.06°、 0.072°、0.09°、0.12°、0.15°、0.18°、0.225°、0.3°、0.36°、0.45°、0.6°、 0.72°、0.9°、1.8°电机步数 10000、8000、6000、5000、4000、3000、2400、2000、1600、1200、1000、800、600、500、400、200 步距角设定 DIP 开关（SW1.2.3.4） 输入信号 CP+/CP-；DIR+/DIR-；EN+/EN-输入电平 5V 时输入信号不需串电阻,12V 时串入1K 电阻,24V 时串入2K 电阻。
三相反应式步进电机驱动接口电路设计及应用步进电机是一种广泛应用于自动化领域的电动机，其以步进的方式驱动转子运动。
为了实现步进电机的精确控制，需要设计适当的驱动接口电路。
本文将介绍三相反应式步进电机驱动接口电路的设计原理和应用。
1.设计原理（1）功率电源：提供足够的电流和电压以供步进电机正常工作。
根据步进电机的规格和额定电流，选择合适的功率电源。
（2）电流控制电路：用于控制步进电机的绕组电流。
三相反应式步进电机的绕组电流方向与正相序的激励顺序相反，因此需要使用反向电流控制电路来控制绕组电流的方向。
（3）继电器：用于控制每个相位的电流接通和断开。
根据步进电机的控制信号，控制继电器的通断来激励每个相位。
接下来将详细介绍三相反应式步进电机驱动接口电路的具体设计和应用。
2.电路设计（1）功率电源：根据步进电机的额定电流和电压，选择合适的功率电源。
根据电源的输出电流和电压，设计相应的电源保护电路，如过流保护电路、过压保护电路等，以保证步进电机和电源的安全运行。
（2）电流控制电路：为了控制步进电机的绕组电流，需要设计合适的电流控制电路。
常用的电流控制电路有恒流驱动电路和恒压驱动电路。
在设计恒流驱动电路时，可以使用电阻、电流反馈和运算放大器等元件来实现。
（3）继电器：根据步进电机的控制信号，选择合适的继电器来控制每个相位的电流接通和断开。
通常使用单刀双掷继电器，一个刀片控制相位A/B的接通和断开，另一个刀片控制相位B/C的接通和断开。
3.应用在自动控制系统中，三相反应式步进电机驱动接口电路通常与微处理器、编码器和传感器等组件配合使用，实现对步进电机的精确位置和速度控制。
在机械加工方面，三相反应式步进电机驱动接口电路通常与数控系统配合使用，实现对机床、切割设备等的自动化控制。
在医疗设备领域，三相反应式步进电机驱动接口电路通常应用于输液泵、医用机械手等设备，通过准确的步进驱动，实现对药液输送和机械手臂运动的控制。
综上所述，三相反应式步进电机驱动接口电路的设计和应用在各个领域具有广泛的应用和重要的意义，通过科学合理的设计和使用，可以提高自动化生产水平和系统性能。
三相步进电机驱动电路设计一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械转动的电动机，具有结构简单、定位精度高、起动停止快的特点，被广泛应用于数控机床、机器人、自动化设备等领域。
本文将介绍三相步进电机驱动电路的设计。
二、驱动原理三相步进电机的驱动原理基于磁场交替作用的原理，通过控制电流的改变，使电机在不同的磁场中转动。
它分为两种驱动方式：全、半步进驱动。
全步进驱动方式中，步进电机每接收一个脉冲信号就转动一个步距，而在半步进驱动方式中，步进电机每接收一个脉冲信号就转动半个步距。
本文以全步进驱动为例进行设计。
三、电路设计1.电源电路：步进电机驱动电路需要一个稳定的直流电源，通常使用电容滤波器和稳压电路来提供稳定的电压输出，保证电机正常工作。
2.脉冲发生及控制电路：脉冲发生电路产生脉冲信号，用于控制步进电机的转动。
常用的发生电路有震荡电路和微处理器控制电路。
本文以震荡电路为例，通过计算电容充放电时间确定震荡频率。
3.驱动电路：驱动电路是步进电机的核心，它将脉冲信号转换为电流控制信号，控制步进电机的转动。
常用的驱动方式有双H桥驱动和高低电平驱动。
本文以双H桥驱动为例进行设计。
4.电流检测和反馈电路：为了控制步进电机的转速和转矩，需要对电机的电流进行检测和反馈。
常用的检测电路有电阻检测和霍尔效应检测。
通过检测电流大小，可以调节驱动电流，以达到控制步进电机的效果。
5.保护电路：为了保护步进电机和驱动电路的安全，需要设计相应的保护电路。
常见的保护电路有过流保护电路、过热保护电路和短路保护电路等。
四、总结本文介绍了三相步进电机驱动电路的设计。
通过合理设计电路，可以实现对步进电机的控制和保护，提高步进电机的运行效果和寿命。
未来，可以进一步研究和改进三相步进电机驱动电路的设计，以满足更高精度、更高速度的步进电机应用需求。
三相反应式步进电机驱动接口电路设计及应用三相反应式步进电机驱动接口电路设计及应用步进电机是一种常见的电机类型，它可以通过控制电流的方向和大小来实现精确的旋转运动。
而三相反应式步进电机则是一种特殊的步进电机，它具有高效、低噪音、低振动等优点，因此在工业自动化、机器人控制等领域得到了广泛应用。
本文将介绍三相反应式步进电机驱动接口电路的设计及应用。
一、三相反应式步进电机的工作原理三相反应式步进电机是一种基于磁场相互作用的电机，它由定子和转子两部分组成。
定子上有三个相位差120度的线圈，转子上有一组永磁体。
当定子线圈通电时，会在定子内部产生一个旋转磁场，这个磁场会与转子上的永磁体相互作用，从而使转子旋转一定的角度。
通过不断改变定子线圈的电流方向和大小，可以实现步进电机的精确控制。
二、三相反应式步进电机驱动接口电路的设计三相反应式步进电机驱动接口电路的设计需要考虑以下几个方面： 1. 电源电压和电流：三相反应式步进电机的驱动电压一般为24V 或48V，电流大小取决于电机的额定电流和工作负载。
在设计电源电压和电流时，需要考虑到电机的额定参数和实际工作环境。
2. 驱动芯片选择：常用的三相反应式步进电机驱动芯片有L298、L6208、A4988等。
这些芯片具有不同的特点和性能，需要根据实际需求进行选择。
3. 电机控制信号：三相反应式步进电机的控制信号一般为脉冲信号，每个脉冲信号可以使电机旋转一定的角度。
在设计控制信号时，需要考虑到电机的步距角和旋转方向。
三、三相反应式步进电机驱动接口电路的应用三相反应式步进电机驱动接口电路的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 工业自动化：三相反应式步进电机可以用于控制机器人的运动、控制工业生产线的输送带等。
2. 电子设备：三相反应式步进电机可以用于控制打印机、扫描仪、数码相机等电子设备的运动。
3. 机械设备：三相反应式步进电机可以用于控制数控机床、自动化包装机、自动化加工设备等机械设备的运动。
三相混合步进电机原理嗨，朋友！今天咱们来唠唠三相混合步进电机的原理，这可是个超级有趣的玩意儿呢！你看啊，三相混合步进电机就像是一个特别听话的小助手，你让它干啥它就干啥，而且干得还特别精准。
那它为啥这么厉害呢？这就得从它的内部构造说起啦。
这三相混合步进电机啊，里面有定子和转子。
定子就像是一个固定的舞台，它有三相绕组，这三相绕组就像是舞台上的三个演员，各司其职。
转子呢，就像是在这个舞台上跳舞的舞者。
这舞者啊，可不是乱跳的，它得按照一定的规则来动呢。
想象一下，这三相绕组通电的时候，就像是舞台上亮起了不同颜色的灯光。
比如说，A相绕组通电了，就好比红色的灯光亮起来了。
这个时候，会产生一个磁场，这个磁场就像一只无形的大手，推着转子开始转动。
哎呀，这转子就像是一个被吸引的小磁针一样，乖乖地跟着磁场的方向走。
可这还没完呢！接着B相绕组通电，就像绿色灯光亮起来了，又产生了一个新的磁场。
这时候转子又得跟着这个新的磁场调整自己的位置。
就好像舞者在舞台上，根据不同颜色灯光的指示，变换着自己的舞步。
然后C相绕组再通电，蓝色灯光亮起，转子又跟着动起来了。
我有个朋友，他刚开始接触三相混合步进电机的时候，就特别纳闷。
他说：“这东西咋就能这么精确地转呢？”我就跟他说：“你看啊，这三相绕组通电的顺序就像是一套规定好的舞蹈动作。
只要按照这个顺序来，转子就会按照咱们想要的方向和角度转动。
”那它为啥叫混合步进电机呢？这是因为它结合了永磁式和反应式步进电机的优点。
永磁式步进电机有永磁体，就像有个小磁铁在里面帮忙。
反应式呢，靠的是磁场对转子铁芯的反应来转动。
三相混合步进电机就像是把这两者的长处都拿过来了，就像一个厨师，把两种美味食材的优点融合在一起，做出了一道超级棒的菜肴。
这电机的步距角也是很有讲究的。
啥是步距角呢？简单来说，就是转子每次转动的角度。
这个角度的大小直接决定了电机的精度。
就好比我们走路，每一步迈出去的大小。
如果步距角小，就像我们小碎步走路，走得就很精确。
三相步进电机工作原理
三相步进电机是一种常见的电动机，其工作原理基于电磁感应和电力磁场的相互作用。
它包括一个定子和一个转子，定子上有三个互相平移120度的电磁线圈，每个线圈都与一个电流驱动器相连。
当电流通过一个线圈时，会在定子上产生一个磁场。
定子的磁场与转子上的磁化方向相互作用，使得转子受到电磁力的作用而转动。
当线圈内的电流方向发生改变时，正则磁场的磁化方向也会改变，从而使得转子重新定位，完成一步运动。
步进电机的转子通常由多个极对组成，每一对极都对应着一个步进角度。
步进角度是转子固有的特性，它取决于电机的结构和设计。
通过控制电流驱动器的输出电流和方向，可以精确地控制步进电机的旋转角度和速度。
三相步进电机的工作原理可以用磁场的交替变化来描述。
当电流依次流过三个线圈时，每个线圈的磁场都会相继产生并作用于转子。
通过改变三个线圈的电流和方向，可以使得转子逐步完成全转。
总的来说，三相步进电机的工作原理是通过改变电流驱动器的输出电流和方向，使得定子的电磁线圈产生磁场，并通过与转子上的磁化相互作用，实现转子的步进运动。
引言随着现代电子技术的发展，人们正处于一个信息时代。
电子技术的应用越来越广泛。
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元件，它在速度、位置等控制领域被广泛地应用。
但步进电机必须由环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
本设计将设计一个三相步进电机控制驱动电路。
摘要本设计是三相步进电机驱动电路。
主要由触发器、计数器、译码器和门电路构成。
时钟信号由555芯片构成的多谐振荡器电路产生。
本系统主要具有以下特点：1. 具有速度可变功能。
2. 可以工作在“三相单三拍”、“三相六拍”的两种工作方式选择的状态下。
3. 能实现步进电机的正传、反转。
1脉冲源脉冲源采用555定时器产生，它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠，简单易行。
1.1 用555定时器组成的多谢振荡器用555定时器组成的多谢振荡器如图1.1（a）所示。
接通电源后电容C2被充电，500ΩKey=A图1.1（a）占空比可调的方波发生器当vc上升到2vcc3时，使vo为低电平，同时放电三级T管导通，此时电容C通过R2、R3和vcc3T放电，vc下降。
当vc下降到时，vo翻转为高电平。
vcc3当放电结束时，T截止，vcc将通过R1、R2向电容C充电，vc由上升到2vcc3。
当上升到时，电路又反转为低电平。
如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
电路的工作波形如图1.1（b）。
图1.1（b）由555定时器组成的多振荡器工作波形2环形分配器三相单三拍采用三个D触发器构成环形计数器。
用一个74LS163计数器和一个74CH138译码器产生三相六拍信号。
2.1三相单三拍用D触发器构成的环形计数器如图2.1（a）所示。
触发器U1A输入高电平clk在74F74D图2.1（a）D触发器构成的环形计数器时钟脉冲的作用下，将会有如表2.1所示的3个状态。
图2.1（b）所示为时钟脉冲下的波形。
表2.1图2.1（b）2.2三相六拍如图2.2（a）所示的电路，是借助74LS163的同步预置功能，采用反馈置法构成图2.2（a）六进制数器。
一、型号说明：12=，13=，24=二、性能简介混合式步进电机采用稀土永磁材料制造，与反应式步进电机相比具有电磁损耗小、转换效率高、动态特性好等优点。
混合步进电机的电磁静力短为电机阻尼。
取消了反应式电机的机械阻尼盘，无需人工调整，运行平稳、噪音小、不易失步。
混合式步进电机取代反应式电机是经济型数控系统的发展趋势。
我厂研制的DY3系列三相混合式步进电机驱动电源，具有以下特点：*技术新：应用微电子技术，将单片机嵌入驱动器内，使控制性能提高，电路简化；功放采用三菱公司智能模块（I P M），具备过载、短路、过压、欠压、过热等完善保护功能，可靠性极高；驱动器内低压直流电源应用开关电源技术，使电源电路体积小，稳定可靠。
*微步距：运用矢量细分技术，可控制步进电机转过的最小角度为电机步距角的1/20（°）。
微步距控制可使步进电机低速运行平稳，其运行效果接近交流伺服。
微步距驱动器与μm（）级CN C控制系配套.可使数控机床的最小移动量控制接近μm,对加工弧面、锥面、螺纹等工件，能明显提高工件表面的精细效果。
*高转矩步进电机输出转矩与注入电流成正比，高速运转时注入电流大小与驱动器功放级使用的电压成正比，目前大部分步进电机驱动器功放级。
由于技术限制，所使用的电压在DC150伏以下，而DY3步进电机驱动器功放级的电压达到DC310V，因而驱动步进电机高速运转时仍然有高转矩输出。
*高可靠性控制部分集成度高、功放级采用三菱公司的智能模块，整机结构紧凑、电路简练、接插件少、机外风冷散热设计可减少粉尘侵入机内，设有超温、过压、欠压、保护、报警信号输出。
三、技术参数四、工作原理当电机三相绕组通入正弦波电流（三相电流相位差为120°）时，该电流在电机的气隙中产生一个空间幅值恒定的旋转磁势，该空间磁势的大小和方向与各相的电流的顺序和大小有关，并且要求驱动系统在电机绕组中的电流为双向的分级变化的阶梯波（当分级数无限增加时，电流波将形成正弦波），各相电流之间的相位差为120°。
本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成（一步进电机：一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。
每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移的执行元件。
步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。
由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
图1反应式步进电动机的结构示意图图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。
两个相对的磁极组成一组，联法如图所示模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机，下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。
1、单三拍通电方式的基本原理设A相首先通电（B、C两相不通电，产生A-A'轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。
这时A、A'极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A极的位置（图2a;接着B相通电（A、C两相不通电,转了便顺时针方向转过30°,它的齿和C、C'极对齐（图2c。
不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按LC^4A-… 的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。
这种通电方式称为单三拍方式。
TA图2单三拍通电方式时转子的位置2、六拍通电方式的基本原理设A相首先通电，转子齿与定子A、A对齐（图3a。
然后在A相继续通电的情况下接通B相。
这时定子B、B'极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A极继续拉住齿1、3,因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发，42系列低压三相混合式步进电机，57系列低压、高压三相混合式步进电机，86系列低压、高压三相混合式步进电机，110、130系列高压三相混合式步进电机，YK3605MA，TK3411MA，YK3822MA，YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作，转子和定子的直径比高达50%，高速时工作扭矩大，低速时运行极其平稳，几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入，三相正弦输出，输出电流可设置，具有十细分和半流额定值60%功能；控制方式灵活，有“脉冲+方向控制”，也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式；有过热保护功能，因此使用起来十分的方便。
1．前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件，以脉冲方式进行控制，输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比，其突出优点就是价格低廉，并且无积累误差。
但是，步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高等，又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系，可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式，细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角，提高分辨率，而且可以减少或消除低频振动，使电机运行更加平稳均匀。
总体来说，细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈，所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小，从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域，其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩，所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成，本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制详解
设计原理：
三相混合式步进电机驱动器由电源、驱动电路和步进电机组成。
电源提供电流和电压给驱动电路，驱动电路控制步进电机的转动。
当接通电源后，驱动电路会根据输入的控制信号来控制电流的方向和大小，进而驱动步进电机的转动。
控制过程：
1.电源供电：将电源与驱动电路连接，给驱动电路提供电流和电压。
2.信号输入：通过外部控制器输入控制信号，可以使用开关、计算机等设备进行输入。
3.输出控制信号：根据输入的控制信号，驱动电路会根据信号的高低电平来确定电流的方向和大小，控制步进电机的转动。
4.驱动电机转动：驱动电路会控制三相电流进行相序交替流动，通过电流的大小和方向控制步进电机的转动角度。
5.反馈信号检测：在驱动过程中，可以通过传感器等设备采集步进电机的位置信息，反馈给控制器进行闭环控制。
6.控制调节：根据反馈信号对控制信号进行调节，实现更精确的控制和定位。
总结：
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制过程主要是通过控制电流的方向和大小来驱动步进电机的转动。
整个过程需要电源供电、控制信
号输入、驱动电流输出、反馈信号检测和控制调节等步骤。
这种驱动器具有结构简单、控制精度高等优点，在自动化控制领域有广泛的应用。
三相混合式步进电机驱动器的设计作者：季海涛等来源：《电子世界》2013年第13期【摘要】本文提出了一种三相混合式步进电机驱动器的设计，提出了对原有混合式步进电机电流再细分的控制，把整个控制器分为控制器电路、信号调理电路以及三相电机驱动电路三部分组成。
【关键词】步进电机；控制器；信号调制1.引言三相混合式步进电机驱动器的主要目标是控制步进电机的旋转位置，在传统的控制中，对于步进电机控制位置角的控制主要由转子齿数以及定子极对数决定，但是随着电力电子控制技术的进步，以及工业控制对于位置控制的精度要求不断地提高，提出了对原有混合式步进电机电流再细分的控制，这样可使得电流空间转角的步进大大减小，达到控制转子转角（位置）的目的。
为了完成这项任务，在设计中把整个三相混合式步进电机驱动器分成以下控制器电路、信号调理电路以及三相电机驱动电路三个功能模块组成。
2.控制器电路控制器电路主要由单片机组成，用于接收上位机发送的旋转脉冲信号、转向信号以及离合器信号（力矩输出或切断功能），控制混合电机细分数，和电流大小，即输出转矩。
根据上位机发送信号，发送A、B相电流参考值；断电记忆当前位置；电机过流等故障诊断和处理，在设计中需要用到大约20个I/O口，其中有一些I/O接口需要有外部中断功能，主要用于旋转脉冲相应、故障中断等。
控制器电路主要由单片机组成。
接收信号主要是由上位机传递过来的，为了抑制对上位机的电磁干扰，在设计中采用光耦作为电平转换电路。
设计中原先采用6N137光耦，它有一个优点就是能够有控制位/掩码（Mask Bit）能够屏蔽信号输入。
但是，每片芯片只集成一个光耦，而输入信号共有三路，这样需要三片，电路设计中增加了成本和空间，因此改用TLP521-4，它一片集成了4个光耦，提高集成度，降低了成本。
它与6N137相比较只是精简了控制位，这在本设计并不需要。
但是，6N137的带宽上兆，而TLP521的带宽只有5KHz左右。
混合式步进电动机工作原理混合式步进电动机是一种应用广泛的电动机类型，它结合了永磁步进电动机和可变磁阻步进电动机的特点，具有精密定位、高效能转换和低噪音等优点。
其工作原理如下所述。
混合式步进电动机是一种将永磁和可变磁阻两种类型的步进电机结合起来的设计，其 stator 部分采用永磁体，而 rotor 部分包含具有交变磁阻的铁芯。
当电流通过电机的winding 时，会在 stator 和 rotor 之间产生磁场。
在混合式步进电动机中，当电流逐渐增大时，磁场会引导 rotor 按照一定的步数进行旋转。
这是因为当电流施加在 winding 上时，会产生磁力将 rotor 从一个磁极吸引到另一个磁极，从而实现转动。
该电机的步进角取决于 winding 的数目以及电流的极性变化。
每次变化一个步进角，电机就会转动一定的角度。
通过调整电流的极性和大小，可以使电机转动到指定位置，从而实现精准的定位。
在工作过程中，混合式步进电动机会根据控制信号来改变电流的方向和大小，从而实现旋转。
这种控制通常采用脉冲信号，根据脉冲的频率和顺序来控制电机的步进运动，以达到需要的位移和角度。
混合式步进电动机的工作原理基于磁场的相互作用和电流的控制，通过精确的改变电流来驱动电机按照特定步进角度进行旋转，从而实现精准的定位和控制。
其结合了永磁和可变磁阻步进电动机的优点，广泛应用于需要高精度定位和控制的领域，如数控机床、印刷设备和医疗器械等。
总的来说，混合式步进电动机借助磁场和电流的相互作用实现精密的步进运动，为各种应用提供了可靠的驱动解决方案。
其工作原理简单清晰，性能稳定可靠，因此在现代自动化领域得到了广泛的应用和推广。
1。
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发，42系列低压三相混合式步进电机，57系列低压、高压三相混合式步进电机，86系列低压、高压三相混合式步进电机，110、130系列高压三相混合式步进电机，YK3605MA，TK3411MA，YK3822MA，YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作，转子和定子的直径比高达50%，高速时工作扭矩大，低速时运行极其平稳，几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入，三相正弦输出，输出电流可设置，具有十细分和半流额定值60%功能；控制方式灵活，有“脉冲+方向控制”，也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式；有过热保护功能，因此使用起来十分的方便。
1．前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件，以脉冲方式进行控制，输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比，其突出优点就是价格低廉，并且无积累误差。
但是，步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高等，又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系，可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式，细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角，提高分辨率，而且可以减少或消除低频振动，使电机运行更加平稳均匀。
总体来说，细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈，所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小，从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域，其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩，所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成，本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
2．细分原理步进电机的细分控制从本质上讲是通过对步进电机的定子绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场按某种要求变化，从而实现步进电机步距角的细分。
最佳的细分方式是恒转矩等步距角的细分。
一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量的之间的夹角大小决定了步距角的大小。
在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场，各相绕组的合成磁场矢量，即各相绕组电流的合成矢量应在空间作幅值恒定的旋转运动，这就需要在各相绕相中通以正弦电流。
三相混合式步进电机的工作原理十分类似于交流永磁同步伺服电机。
其转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密特性的稀土永磁材料，所以在转子上产生的感应电流对转子磁场的影响可忽略不计。
在结构上，它相当于一种多极对数的交流永磁同步电机。
由于输入是三相正弦电流，因此产生的空间磁场呈圆形分布，而且可以用永磁式同步电机的结构模型（图1）分析三相混合式步进电机的转矩特性。
为便于分析，可做如下假设：a.电机定子三相绕组完全对称；b.磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计；c.激磁电流无动态响应过程。
图1 三相永磁同步电机的简单结构模型U、V、W 为定子上的3 个线圈绕组，3 个线圈绕组的轴线成120°。
电机单相绕组通电的时候，稳态转矩可以表达为：T=f（i,theta）。
其中，i为绕组中通过的电流；theta为电机转子偏离参考点的角度。
由于磁饱和效应可以忽略不计，并且转子结构是圆形，其矩角特性为严格的正弦，即：T=k *I*sin（theta），k 为转矩常数若理想的电流源以恒幅值为I 的三相平衡电流iU、iV、iW 供给电机绕组，即：iU=I*sin（wt）iV=I*sin（wt+2*PI/3）iW =I*sin（wt+4*PI/3）则电机各相电流产生的稳态转矩为：TU=k*I*sin（wt）*sin（theta）TV=k*I*sin（wt+2*PI/3）*sin（theta+2*PI/3）TW=k*I*sin（wt+4*PI/3）*sin（theta+4*PI/3）稳态运行时，theta=wt，则三相绕组产生的合成转矩为：T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin（PI/2-wt+theta）=3/2*k*I以上分析表明，对于三相永磁同步电机，当三相绕组输入相差120°的正弦电流时，由于在内部产生圆形旋转磁场，电机的输出转矩为恒值。
因此，将交流伺服控制原理应用到三相混合式步进电机驱动系统中，输入的220V 交流，经整流后变为直流，再经脉宽调制技术变为三路阶梯式正弦波形电流，它们按固定时序分别流过三路绕组，其每个阶梯对应电机转动一步。
通过改变驱动器输出正弦电流的频率来改变电机转速，而输出的阶梯数确定了每步转过的角度，当角度越小的时候，那么其阶梯数就越多，即细分就越大，从理论上说此角度可以设得足够的小，所以细分数可以是很大，而交流伺服控制的每步角度与反馈的编码器的精度有很大的关系，一般使用的为2500线，所以每一步转过的角度仅为0.144度，而此方法控制的步进电机，比如其细分数为10000，则每一步转过的角度为0.036度，所以比一般的伺服控制精度高很多。
当然，步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降，通过恒流方式可以使在电机低频和高频时保持同样的相电流从而使高频的力矩特性有所改善，这只能是在低速时，所以其综合性能（高低速噪声，高速力矩，高速平稳性等）很难赶超交流伺服控制系统。
图2 给出相差120°的三相阶梯式正弦电流三相混合式步进电机一般把三相绕组连接成星形或者三角形，按照电路基本定理，三相电流之和为零。
即IU+IV+IW =0。
所以通常只需产生两相绕组的给定信号，第三相绕组的给定信号可由其它两相求得。
同样，只需要对相应两相绕组的实际电流进行采样，第三相绕组的实际电流可根据式求得。
3．三相混合式步进电机驱动器的系统构成驱动器的总体方案如图3 所示，主要包括单片机电路、电流追踪型SPWM 电路和功率驱动电路组成。
图3 驱动器的整体框图3.1 DSP模块设计在这里，我们选择了TI公司的DSP作为CPU芯片，DSP（Digital Signal Processor）实际上也是一种单片机，它同样是将中央处理单元、控控制单元和外围设备集成到一块芯片上。
但它又有自身鲜明的特点——因为采用了多组总线技术实现并行运行的机机制，从而大大提高了运算速度，具有更强的运算能力和更好的实时性。
本文选用的DSP（TMS320LF2407A）是一款电机控制专用芯片，144引脚，具有丰富的IO资源，含有四个通用定时器，具有两路专用于控制三相电机的PWM发生器（可产生六路PWM信号），另外还有专用接收外部脉冲和方向的I/O口，从而简化了电路设计和程序开发。
DSP输入信号包括步进脉冲信号CP、方向控制信号、脱机信号，过流保护信号。
这几种信号均通过高速光耦连接到DSP的引脚上，另外还有细分步数及电流选择信号。
当脱机信号为有效时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态）。
反馈电流通过DSP自带的的10 位模数转换器（AD）采样，反馈的电流通过一定的算法后，由DSP自带的PWM口输出控制电机。
3.2 电流追踪型回路这种传输方式以模拟电压的幅值代表采样电流或者电压的大小，其主要用来采样a，b两相电流及母线电压检测，实现电机电流控制以及过压、欠压、过流保护。
驱动器通过采样电阻检测步进电机绕组的实际电流，与设定电流相比较后经过滞环比较器调节器，调节器输出信号由20KHz 频率的三角波载波输出，形成脉宽调制信号（PWM），通过功率驱动接口电路来控制大功率半导体器件的导通与关断，使步进电机的绕组实际电流跟踪给定参考信号，按给定的正弦规律变化。
3.3 功率驱动电路驱动器的主回路采用交-直-交电压型逆变器形式，由整流滤波电路、三相逆变器以及步进电机等组成。
整流滤波电路构成直流电压源，完成220V、50Hz 交流电源到直流电源的变换。
逆变器实现从直流电到变频变压交流电的转换，为三相混合式步进电机的定子绕组提供要求的交流电流。
逆变器由仙童公司生产的六只G30N60B3DMOS管组成，构成三相逆变桥。
驱动器采用两只电阻检测步进电机相电流的瞬时值。
功率驱动电路的核心是功率模块（MOS管）。
MOS管与电流追踪型PWM 输出之间必须通过专用高速光耦连接。
根据MOS管的过流值和电机峰值线电流来选用合适的MOS管，即电机的线电流的峰值小于MOS管的最大电流值。
本设计中电机最大相电流为8.1A，该电流是相电流的有效值，峰值相电流为8.1* sqrt（2）= 11.312A 。
此外，电机绕组在三角形接法时，线电流是相电流的3 倍，所以线电流峰值为19.6A。
由G30N60B3DPDF文档知，其最大流值为30A,故可以保证正常使用，正常工作要求适当的散热设计保证内部结温永远小于150摄氏度，因此要外加散热器并强制风冷，以保证MOS管正常工作。
3.4 并口通讯为了避免在控制过程中停电或者其它特别原因掉电时造成损失，使用带电RAM存储电机位置，保证来电后工件可继续完成加工。
并口RAM比传统使用的E2ROM 速度传输更快更可靠，可更有效的记录电机运行状态，但占用CPU的I/O口较多，这里CPU有足够的资源可以使用。
3.5 控制软件流程图4 主程序流程图图5 中断部分的流程图为减少功耗和保护电机，设置了自动半流功能，它由滞环比较器自动进行调节。
4．结论实践证明本文所讲的驱动方法其适应性很强，基本上可以适应所有的三相混合式步进电机。
特别对三相绕组星形接法，低频时运行平稳，无振荡，有效地抑制了振荡、噪声。
另外，驱动器内部设计多种保护电路，使整个驱动器的可靠性大大提高。
一、三相混合式步进电动机驱动原理1.工作原理根据三相混合式步进电动机的转动原理可知,在平面转矩的矢量表示方法中,用T_U表示相绕组正向通电时产生的电磁转矩,当U相绕组反向通电时,产生的转矩与上述情况相反,用(?)_U,表示:则T_V、(?)_V和T_W、(?)_W分别表示V相和W相绕组正、反相通电时所产生的电磁转矩,T_U、T_V、T_W三个转矩矢量之间相互差120度电角度。
即T_U、T_V、T_W、(?)_U、(?)_V、(?)_W六个转矩矢量之间相互差60度电角度。
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