用分立元件-设计制作一种双电压驱动的三相双拍步进电机驱动【控制专区】系统

问题4：用分立元件，设计制作一种双电压驱动的三相双拍步进电机驱动控制系统。

步进电动机工作时，每相绕组不是恒定地通电，而是脉冲式地通电。

通电状态每循环一次，转子就转过一个转子齿距。

转子齿数为Z,则转子相邻两齿见的夹角即磁距角为θ=360；则转子每走一步的空间角度α=θ；N 为转子走一个齿距需要的通电状态次数，即拍数。

对于三相步进电动机，当通电方式为单三拍或双三拍时，3；当通电方式为六拍时，2m6，m为相数。

因此步进电动机的步距角和定子相数和转子齿数成反比，定子相数越多，则步距角越小，精度越高，但供电电源和电机结构也越复杂。

一般步进电动机的相数不超过六相，而且主要是通过增加转子齿数来提高系统精度。

图1为双电压驱动电路。

图1双电压驱动电路
双电压驱动电路用提高直流电源电压的方法可以使定子相绕组中的电流迅速上升。

这样就产生了双电压驱动。

双电压驱动有两种方式，即双电压法和高低电压法。

双电压法。

双电压法的基本思路是在低频段使用较低的直流电压，而在高频段使用较高的直流电压，其驱动电路的原理图1所示。

当电动机工作在低频段时，给开关管Q5基极加低电平，使Q5关断。

这时相绕组由低压电源供电。

控制脉冲通过Q6使绕组得到低压脉冲；当电动机工作在高频段时，给开关管Q5基极加高电平，使Q5导通。

这时，二极管D5反向截止,切断低压电源，而相绕组由高压电源供电，控制脉冲通过开关管Q6使绕组得到高压脉冲。

二极管D6则在Q6关断期间起续流作用。

这种驱动电路在低频段与单电压驱动
相同。

在高频段通过转换电源电压提高电流响应速度，但仍需要在绕组回路中串联电阻3。

并没有摆脱单电压驱动的弱点。

另外，将频率划分为高、低两段，使特性不连续，有突变。

双电压驱动的三相双拍步进电机驱动控制系统设计的主要电路结构如下：
图2相与单片机的连接图。

图2中的7404B 反相器用来给功率三极管提供驱动信号，P00用来输出高频和低频脉冲时的控制选择信号，P00为低电平时，Q1导通，D1截止，低电压源不起作用，D2截止，P05，P06，P07 输出高频脉冲，使得高电压源作用，使得电流响应变快；P00为高电平时，Q1截止，高电压源不起作用，低电压源作用，P05，P06，P07 输出低频脉冲，经三极管Q2,在线圈上产生低电压的脉冲电源。

Q2 截止时，因线圈电感电流不可突变，D2 起续流的作用，使能量消耗在电阻上。

电机选用三相57步57350B型号的步进电机。

技术指标：三相混合式，线电流有效值2.8A,驱动电压：直流24-40V,最大静转矩0.8线电阻1.4 欧，线电感，4.1,重量0.7，最大空载启动转速：280因此功率开关管Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6 正常工作时，>2.8A,由于电路上存在电感，基极B 开路时，可能达到的电压为安全电压的2~8 倍，因此选>40*8=320V，另外一个因素是有功率开关管的集电极允许耗散功率（），前两者的指标越大，则也越大，一般来讲，本着“大能代小”的原则来选择。

根据以上参数，可选择功率开关管22625 3P 0=4000=45010A20A3A.
其开关特性：在1505A30 欧， 1 ，下降时间1 ，2.5，基本能够满足高频特性要求。

双电压驱动的三相双拍步进电机驱动控制系统的软件设计基本思路：采用定时器来控制脉冲的频率和顺序。

通过按键来产生外部中断，实现高频脉冲和低频脉冲选择的切换。

系统的流程框图为：
图3主函数
图4 外部中断服务
图5定时器中断服务
图6相序控制脉冲输出函数
图71口和驱动器2003 及步进电机接口
和双电压驱动三相双拍步进电机控制设计电路的另一个不同在于没有高频率和低频率控制选通信号。

实验时供给步进电机的电压只有单一的5V.不能模拟出高频脉冲时大电压提供的快速电流响应。