步进电机驱动电路

核心提示：　　步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出机械位移增量和输人数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速起停能力，只要电机的负荷不超过它所能提供的动态转矩，就能通过

　　步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出机械位移增量和输人数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速起停能力，只要电机的负荷不超过它所能提供的动态转矩，就能通过输人脉冲来控制它在一瞬间的启动和停止。步进电机的步距角和转速只和输人的脉冲频率有关，和环境温度，气压，冲击，震动无关，也不受电网电压的波动和负载变化的影响，它每转一周都有固定的步数，步进精确和步距误差不会长期积累，因此，步进电机在需要精确定位场合应用广泛。在控制系统中，大都采用单片机控制，由于单片机驱动能力有限，所以需要驱动器驱动步进电机工作。现在市场上的驱动器基本上都是针对某一型号电机开发的，并且价格较高。我们这里介绍一种简单的步进电机驱动电路。

　　2驱动电路原理图中给出其中一相的驱动电路，当单片机输出为低电平时，VMOS管IRF540关闭，线圈两端电压差为0，当单片机输出为高电平时，VMOS管打开，线圈将通电，产生磁极，转子将转向此通电线圈。轮流给步进电机的A，B，C，D，A相循环通电，转子将沿ABCDA方向顺序旋转，此称为步进电机正转，当通电顺序变为A，D，C，B，A相循环通电时，转子将沿ADCBA方向旋转，称为步进电机的反转。

　　步进电机一相绕组L是一个感性负载，在VMOS管从饱和突然变成截止时，绕组会产生一个很大的反电势；这个反电势和电源u迭加在一起加在VMOS管的集电极上时，很容易使功率管击穿，将续流二极管反向接在功率管的集电极和电源u之间，使得功率管在截止瞬间电机绕组产生的反电势通过二极管续流作用而衰减掉，从而保护功率管不受损坏。

　　上述电路虽结构简单，但在高频工作状态时，效率非常差，在RC上并联电容C可以改善注人步进电机绕组的电流脉冲前沿。当功率放大电路输人控制信号令功率管导通瞬间，电流通过电容流过绕组，所以有一个瞬间的冲击电流注人绕组中；这样就使注人电流的前沿明显变陡，从而提高了步进电机高频性能。在功率放大电路的电压u和外接电阻Rc不变的条件下，在Rc上并联电容C，使得在一个步进的周期中，注人绕组的平均电流值相对增加了。从而提高了步进电机的转矩，尤其在高频段工作时最为明显。这种并联电容的单电压功率放大电路在实际应用中有着较多的应用。不过这种电路也有不足的地方，这就是在低频工作时会使震荡有所增加，引起低频性能变差。

　　3接口软件接口程序：4步进电机的失步问题步进电机的失步有两种原因。第一种原因是转子的加速度慢于步进电机的旋转磁场，也即是低于换相速度而产生的。这时是因为输人电机的电能不足，在步进电机中产生的同步力矩无法令转子速度跟随定子磁场的旋转速度，从而引起失步。并且凡是比这时频率高的工作频率都必将失步。这种失步说明了步进电机的拖动能力不够。一旦减少负载，或者提高绕组中的激磁电流，则有可能克服失步。

　　第二种原因是转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度。这时定子通电激磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，从而产生前冲和后冲的摆动振荡。当振荡足够严重时就导致失步。

　　所以，在步进电机的起始时刻，速度要低，第二步开始高速运行，可避免失步。

　　电池电流。温度调理板选用宏拓PC6506G.电池向主控制器提供SOC信号使用的是宏拓PC7483板，它具有4路D/A通道。由于目前所研究的电池主要为胶体密封铅酸电池，其特性比较一致，所以我们只进行了单体电池的测试。本检测系统使用VB语言编写电池数据采集界面。该数据采集界面可以同时对电压传感器，温度传感器及电流传感器的信号通过PC7422板的32通道进行采集。在进行数采前，首先须设定采样间隔，及存贮文件路径及文件名，接着按开始采样按钮，系统就以设定的采样间隔进行采集。可以通过选择通道的下拉菜单来对各通道的信号进行实时图形化显示，也可以按观看历史曲线按钮来观看它的历史曲线。程序编制成定时保存功能，即当定时器到一定的时间对所采集的信号数据进行存盘备份，以免偶然失误程序退出而丢失数据的情况（如小电流充电可能一次完整的试验需要好几个小时，这么长时间内偶然情况时有发生）。

　　4电池参数SOC算法及其处理电池参数SOC值的估计算法有很多种，如有采用对电池的积分方法来估计电池当前SOC；采用电池电解液的有效质量来估计电池SOC等。本文所采用的电池SOC值估计是采用电池的某时刻的电压及电流大小，根据电池试验所确定的剩余容量SOC与电压及电流的二维表格来表估计，因此电池SOC与电压及电流关系的确定是本试验的主要目的。首先进行电池的容量特性试验，即做几组恒流放电试验，检测各组恒流放电过程所能放出的电量。在做该容量特性试验过程中，同时记录电池的两端电压历程。这样我们根据电流历程并经对电流历程的处理成的容量特性关系转变成电流及电池剩余容量的关系，即横坐标为电池的剩余容量，纵坐标为电池的恒电流（几组）。同时把和各组恒流试验对应的电压历程也同样转化成端电压与电池剩余容量SOC之间的关系。然后在横坐标离散均匀地平分电池SOC，对每一个SOC值，作与纵坐标平行线与端电压曲线相交成一组点，这组点就是当前SOC值下电池放电过程（稳态过程）端电压与电流之间的关系。这样各组电池SOC下都能得到端电压与电流的关系，结合三者可以处理成电池SOC与端电压及电流的二维关系表。

　　根据上面所描述的电池测试系统所提供的硬件设备，首先使用可视化VB语言进行编程，完成对电池电压、电流及温度信号的数据采集及数据保存。在对测试数据的处理过程中，用MATLAB语言对g进行分析和处理。

　　5结论本文结合实际课题，介绍了混合动力汽车中重要的子系统――电池检测系统的组成及参数SOC算法的应用。利用A/D，D/A及温度调理板对传感器输人的信号进行采集提供硬件支持。并应用计算机VB编程技术，构成电池主测试系统，可以完成对电池电压，电流及温度进行采集并保存。然后根据所描述的算法运用MATLAB语言对数据进行处理，得到所要求的电池SOC参数，满足了课题的实际需要。而且该系统还具备开放性，以后可以为其它类型的电池特性研究提供软硬件的支持。

　　（上接68页）S结束语本文介绍了一种简单的步进电机驱动电路，并对步进电机工作中容易产生的问题作了简单分析。对于对电机运转速度要求不高者，此电路有明显的优点。在作者设计的大气采样器中，此电路控制的步进电机对针形阀旋转起到很好作用。