5相环形分配器

步进电机论文：五相混合式步进电动机环形分配器的设计

2012年1月21日

五相混合式步进电机环形分配器的设计

徐殿国王宗培（哈尔滨工业大学）

l引言

五相混合式步进电机具有许多优良的性能，因此在国内外都得到了较大发展，其驱动技术也取得了很大进步[1]。由于五相混合式步进电动机系统的研制和开发历史不长，电机驱动电源中的环形脉冲分配器专用芯片目前尚未见到，国内外厂家生产的五相混合式步进电动机驱动电源中的环形脉冲分配器大都是由数字逻辑集成电路或EPROM存贮器构成的[2．3]。由于电机的运行节拍和运行方式较多，采用这些方式设计的环形脉冲分配器结构复杂、功能较少、可靠性不高。近年来随着逻辑可编程器件的出现，为逻辑电路的设计提供了极大的灵活性，因此完全可以用逻辑可编程器件（例如PAL、GAL等）设计步进电动机的环形脉冲分配器。本文给出由两片GAL16V8构成的五相混合式步进电动机环形脉冲分配器的设计方法。

2五相混合式步进电机的励磁方式及环形脉冲分配逻辑

根据五相混合式步进电机韵工作原理，可以得到如表1所示的励磁方式。可见五相混合式步进电机的励磁方式很多，但是运行节拍只有两种即整步10拍和半步20拍。尽管该电机的励磁方式很多，但从电机运行的平稳陛和获得最大合成转矩的角庋出发，表1五相混合式步进电动

机的励磁方式常采用4-4相通电方式作为整步运行方式，4-5相通电方式作为半步运行方式。整步运行方式中的5-5相通电方式虽较4-4相通电方式的合成转矩大，但由于驱动电源中采用桥式电路时存在上下桥臂换向容易引起短路而较少采用。本文给出的是4-4相通电方式和5-5相通电方式的环形脉冲分配器设计方法。

根据五相混合式步进电机的合成转矩矢量图[4]，可以得到4-5相励磁方式和4-4相励磁方式下的逻辑通电状态变化顺序，如表2所示。与之对应的功放电路形式如图1所示。表2中的“1”代表功率管导通，“0”代表功率管关断。其中正转的逻辑通电状态变化顺序

为。

表2中序号为奇数的逻辑通电状态即为4-4相励磁方式。

3环形脉冲分配器的设计

通过分析可以看出，五相混合式步进电机的环形脉冲分配器应有10个输出端，控制相应的功率开关管导通或关断，使得相应的绕组关断、正向通电或反向通电。除此之外，该环形脉冲分配器还应有相应的输入控制端，定义为：

CLK-步进脉冲

CW-正转（CW=1）或反转(CW=O)

H-半步运行(H=1)或整步运行(H=0)

PR-初始状态预置

OE-输出使能

根据定义，通过对表2所示逻辑通电状态的分析（并不需用多变量卡诺图的繁杂化简过程），便可以得到五相混合式步进电动机环形脉冲分配器的时序逻辑表达式：

由时序逻辑表达式，用GAL器件实现环形脉冲分配器的设计是不难的。目前通用的GAL器件（如GAL16V8、GAL20V8等）只有8个三态输出端，由于五相混合式步进电动机共需要10个输出端，所以可选用两片GAL器件实现。由两片GAL16V8构成的五相7昆合式步进电动机环形脉冲分配器如图2（略）。图中CLK和PR输入端周边电路是为实现输出状态自动预置而设计的。为了保证预置的可靠性，参数选择必须满足

R2C2>R1C1的关系。当然也可以由外部电路实现状态预置。根据图2可以得到环形脉冲分配器的输入／输出状态组合关系，如表3所示。

4结语

文中给出的用GAL器件设计五相混合式步进电机环形脉冲分配器的方法，通过试验验证是可行的，所设计的环形脉冲分配器电路结构大为简化，可靠性高。这种方法同样可以实现其它相数的步进电动机环形脉冲分配器的设计。细分电路的环形脉冲分配器用这种方法设计也是可行的。

五相混合式步进电动机环形分配器的设计

2011-4-6 17:17:22来源：中国计量测控网

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l引言

五相混合式步进电动机具有许多优良的性能，因此在国内外都得到了较大发展，其驱动技术也取得了很大进步[1]。由于五相混合式步进电动机系统的研制和开发历史不长，电机驱动电源中的环形脉冲分配器专用芯片目前尚未见到，国内外厂家生产的五相混合式步进电动机驱动电源中的环形

脉冲分配器大都是由数字逻辑集成电路或EPROM存贮器构成的[2.3]。由于电机的运行节拍和运行方式较多，采用这些方式设计的环形脉冲分配器结构复杂、功能较少、可靠性不高。近年来随着逻辑可编程器件的出现，为逻辑电路的设计提供了极大的灵活性，因此完全可以用逻辑可编程器件(例如PAL、GAL等)设计步进电动机的环形脉冲分配器。本文给出由两片GAL16V8构成的五相混合式步进电动机环形脉冲分配器的设计方法。

2五相混合式步进电动机的励磁方式及环形脉冲分配逻辑

根据五相混合式步进电动机韵工作原理，可以得到如表1所示的励磁方式。可见五相混合式步进电机的励磁方式很多，但是运行节拍只有两种即整步10拍和半步20拍。尽管该电机的励磁方式很多，但从电机运行的平稳陛和获得最大合成转矩的角庋出发，表1五相混合式步进电动机的励磁方式常采用4-4相通电方式作为整步运行方式，4-5相通电方

式作为半步运行方式。整步运行方式中的5-5相通电方式虽较4-4相通电方式的合成转矩大，但由于驱动电源中采用桥式电路时存在上下桥臂换向容易引起短路而较少采用。本文给出的是4-4相通电方式和5-5相通电方式的环形脉冲分配器设计方法。

根据五相混合式步进电动机的合成转矩矢量图[4]，可以得到4-5相励磁方式和4-4相励磁方式下的逻辑通电状态变化顺序，如表2所示。与之对应的功放电路形式如图1所示。表2中的“1”代表功率管导通，“0”代表功率管关断。

其中正转的逻辑通电状态变化顺序为。

表2中序号为奇数的逻辑通电状态即为4-4相励磁方式。

3环形脉冲分配器的设计

通过分析可以看出，五相混合式步进电动机的环形脉冲分配器应有10个输出端，控制相应的功率开关管导通或关断，使得相应的绕组关断、正向通电或反向通电。除此之外，该环形脉冲分配器还应有相应的输入控制端，定义为：CLK-步进脉冲

CW-正转(CW=1)或反转(CW=O)

H-半步运行(H=1)或整步运行(H=0)