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兩相雙極步進電機的驅(qū)動 其2

呂鋼格 ? 來源:阿什頓信道 ? 作者:阿什頓信道 ? 2023-02-24 09:51 ? 次閱讀

在上一篇文章“兩相雙極步進電機的驅(qū)動 其1”中,給出了兩相雙極步進電機的基本驅(qū)動電路示例和驅(qū)動波形。此次“兩相雙極步進電機的驅(qū)動 其2”篇,將介紹驅(qū)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(qū)動:什么是Decay?

在驅(qū)動步進電機時,需要進行Decay(電流衰減)控制。

Decay是一種在關(guān)斷對電機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(qū)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(lián)動ON/OFF的平均電流。由于驅(qū)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。

pYYBAGPzFsiAJcJRAAGAxrkpv1w780.jpg

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(guān)斷期間的電流衰減也較慢。因此,在導(dǎo)通時達到設(shè)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(dǎo)通時需要花一些時間才能達到設(shè)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(qū)動器輸出H橋來選擇衰減方法。

poYBAGPzFsmAFKG0AAELoVp5LNM850.jpg

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(guān)的內(nèi)部電流路徑中的開關(guān)。

在Slow Decay(a)中,Q1和Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)。在(b)和(c)中,Q4導(dǎo)通,Q2導(dǎo)通和關(guān)斷。盡管開關(guān)的狀態(tài)不同,但由于再生電流也會經(jīng)由寄生二極管流向關(guān)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(dǎo)通狀態(tài),與Slow Decay的狀態(tài)相同。在(e)中,Q2和Q3導(dǎo)通;在(f)中,所有的MOSFET均關(guān)斷,再生電流流經(jīng)導(dǎo)通的Q2和Q3,也會經(jīng)由寄生二極管流過關(guān)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(jù)以哪種狀態(tài)控制關(guān)斷來區(qū)分使用“Slow Decay”和“Fast Decay”。

衰減方法的差異與步進電機驅(qū)動的關(guān)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(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。

相反,F(xiàn)ast Decay在噪聲和轉(zhuǎn)矩方面雖然遜色,但對于高速脈沖頻率,則比Slow Decay更具優(yōu)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(jié)合起來并充分利用兩者優(yōu)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(zhuǎn)矩,同時還支持高速脈沖率。某些驅(qū)動器IC可以調(diào)整Slow和Fast的時間比,可優(yōu)化電流波形。

pYYBAGPzFsuAJ2JaAAGESIozQiU926.jpg

以下是不同步數(shù)Slow/Mix/Fast Decay時的波形。從波形可以看出,Mix Decay已得到優(yōu)化。

poYBAGPzFs2ABI23AAGm4XUOhn0111.jpg



審核編輯:湯梓紅

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