步进电机驱动电路图
单极性（unipolar）和双极性（bipolar）步进电机
单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 步进电机
2007-03-10 12:12
单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 是步进电机最常采用的两种驱动架构。
单极性驱动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机结构则如图1所示包含两组带有中间抽头的线圈，整个电机共有六条线与外界连接。
这类电机有时又称为四相电机，但这种称呼容易令人混淆又不正确，因为它其实只有两个相位，精确的说法应是双相位六线式步进电机。
六线式步进电机虽又称为单极性步进电机，实际上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。
图1：单极性步进电机驱动电路
双极性步进电机的驱动电路则如图2所示，它会使用八颗晶体管来驱动两组相位。
双极性驱动电路可以同时驱动四线式或六线式步进电机，虽然四线式电机只能使用双极性驱动电路，它却能大幅降低量产型应用的成本。
双极性步进电机驱动电路的晶体管数目是单极性驱动电路的两倍，其中四颗下端晶体管通常是由微控制器直接驱动，上端晶体管则需要成本较高的上端驱动电路。
双极性驱动电路的晶体管只需承受电机电压，所以它不像单极性驱动电路一样需要箝位电路。
图2：双极性步进电机驱动电路。
步进电机接线图
接线图适配驱动器电机型号 适配驱动器57HS04 DM422C/DM432C/DM556/DM856/M752/M542/M860/M880A/ MA550/MA860/H850/ND556/ND882/M415B/M32557HS0657HS0957HSM0957HS13DM556/DM856/M752/M542/M860/M880A/MA550/MA860/H850/ND556/ND88257HS22步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。
步进电机的最大特点是其“数字性”，对于控制器发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度(简称一步)，如下图所示。
如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。
同时可通过控制脉冲频率，直接对电机转速进行控制。
由于步进电机工作原理易学易用，成本低(相对于伺服)、电机和驱动器不易损坏，非常适合于微电脑和单片机控制，因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用。
步进电机的种类和特点步进电机在构造上有三种主要类型：反应式(Variable Reluctance ，VR)、永磁式(PermanentMagnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。
* 反应式定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
* 永磁式永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。
其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大(一般为°或15°)。
* 混合式混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。
其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
一份步进电机驱动器整机电路图原创
一份步进电机驱动器整机电路图（原创）在由上位机或PLC为主的工控系统中，尤其是在对各种机械设备的控制中，常常看到PLC、触摸屏、伺服电机驱动器、伺服电机或步进电机驱动器、步进电机的组合应用。
对于伺服电机和步进电机，由于结构简单，原理上也不是太复杂，看到实物，再配合应用，就了解了。
但对电机驱动器的结构和电路，限于各种条件，就难以知道其“本来面目”了。
本人由于工作关系，接手了一台需维修的步进电机驱动器，又由于维修的需要，测绘了步进电机的整机电路图，浏览之下，就知道步进电机驱动器是个怎么回事了。
在此将整机全图奉献于大家。
整机全图共4张。
第一张图：步进电机驱动的主电路和开关电源电路。
步进电机驱动器的功率输出电路的形式同变频器主电路是相似的。
每一路皆由两只IGBT管子做推挽式输出，在管子上也反向并联了二极管，以提供反向电流的通路，进而保护IGBT管子的安全。
IGBT 管子的过流保护信号由AR1、BR1两只电阻上取得，此两只电阻将流经IGBT管子的电流信号转化为电压信号，经后级保护电路处理，送入单片机。
开关电源输出的+5V，作为单片机的电源。
另外，+5V、-5V还作为保护电路的双电路供电。
一路+15V电源，经PIC和PT1转化为四路15V电源，供四路驱动电路用。
第二张图：驱动电源及端子信号来源。
由电源板来的+15V电源，经NE555时基电路振荡逆变，开关变压器PT1四个次级绕组输出四组互相隔离的15V直流电压，供驱动IC的供电；第三张图：步进电机驱动器的脉冲驱动电路及步时电机的工作电流设定电路等。
驱动IC采用IS2110S专用的驱动芯片，单片机输出的四路脉冲信号经由74LS08四二输入与门电路处理后，送入四片IS2110S驱动电路，经光电隔离和功率放大后，送放逆变功率电路，输入步进脉冲到步时电机；第四张图：CPU（单片机）电路和控制端子内电路图。
步进电机驱动器是由单片机生成四路脉冲信号，经后续电路驱动功率输出电路，进而驱动步进电机的。
四相步进电机驱动电路及驱动程序设计
四相步进电机驱动电路及驱动程序设计我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作，荣获一等奖。
电路采用74373锁存，74LS244和ULN2003作电压和电流驱动，单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。
程序设计基于中断服务和总线分时利用方式，实时更新各个电机的速度、方向。
整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。
本文主要介绍一下这个机器人的四相五线制步进电机驱动电路及程序设计.1、步进电机简介步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。
本文以四相制为例介绍其内部结构。
图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。
2、四相五线制步进电机的驱动电路电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。
我们利用了单片机的I/O端口，通过74373锁存，由74LS244驱动，ULN2003对信号进行放大。
8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线，向电机传送步进脉冲。
每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号，锁存步进电机四相脉冲，经ULN2003放大到12V驱动电机运转。
电路原理图（部分）如图2所示。
（1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器，可寻址64K字节，共有32个可编程双向I/O口，分别称为P0～P3。
该系列单片机上集成8K的ROM，128字节RAM可供使用。
（2）74LS244为三态控制芯片，目的是使单片机足以驱动ULN2003。
ULN2003是常用的达林顿管阵列，工作电压是12V，可以提供足够的电流以驱动步进电机。
关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。
（3）74373是电平控制锁存器，它可使多个步进电机共用一组数据总线。
我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端，见表1。
这是一种基于总线分时复用的方式，以动态扫描的方式来发送控制信号，这和高级操作系统里的多任务进程调度的思想一致。
步进电机驱动器及细分控制原理
步进电机驱动器及细分控制原理步进电机驱动器原理：步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电。
以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为AABB A A B B，其四个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就变为AA B BA A BB，电机就逆时针转动。
随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。
其基本原理是：在电机绕组回路中，串联一个电流检测回路，当绕组电流降低到某一下限值时，电流检测回路发出信号，控制高压开关管导通，让高压再次作用在绕组上，使绕组电流重新上升；当电流回升到上限值时，高压电源又自动断开。
重复上述过程，使绕组电流的平均值恒定，电流波形的波顶维持在预定数值上，解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题，使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响较大，电压越高，步进电机转速越高、加速度越大；在驱动器上一般设有相电流调节开关，相电流设的越大，步进电机转速越高、力距越大。
细分控制原理：在步进电机步距角不能满足使用要求时，可采用细分驱动器来驱动步进电机。
细分驱动器的原理是通过改变A，B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。
定子A转子SNB B BSNA A(a)(b)AS NB B N S BS NA(c)(d)图3.2步进电机细分原理图仍以二相步进电机为例，当A、B相绕组同时通电时，转子将停在A、B相磁极中间，如图3.2。
若通电方向顺序按AA AABB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；电机每转动一步，为45度，8个脉冲电机转一周。
与图2.1相比，它的步距角小了一半。
单片机结合ULN2003驱动步进电机
Ｕ Ｎ ０３ Ｌ ２ ０是一种高耐压、 大电流的达林顿陈
列， 由七￣＇ Ｎ 林顿管组成 。 ＮＰ 达 每—对达林顿都
串联 一 个 ２７ ． Ｋ的基 极 电阻 ， Ｖ的工作 电压 下与 在５Ｐ５ 】ｆ 啊前 ｐ Ｔ 源自 Ｎ４ ６Ｐ１ 伍 弼 ７
ｐ５ １ Ｐ 目爱 ３／。 ６
脉 冲个数来完成的， 通过控制脉 冲个数控制角位 移量 ， 从而达 到准确定位的 目的。 四相电机具有 四相绕 组， 有八个独 立的引线终端 ， 接方 式如 连
应制模 型， 判断是否大幅度 转向， 并 采用变脉 冲
宽度方式 来实现 电机 调速 。 程序设计 时把步 进
电机 的控 制方式 建 立成 控制模 型 ， 以数 据表 并 形式 存于程序存储器中， 程序在应用过程就可 以 直接使用。 以四相 电机为例 ， 设按照四相八拍 假 控制模式 （ 如图４ 进行设置 ， ） 把单片机 Ａ ８ Ｃ Ｔ ９ ５ １
序如表 ｌ它以半步方式驱 动， ， 也就是在某一通电 时间， 步进角仅前进一半。 对 四相步进 电机 驱动 的程 序设置按八 拍工 作 方 式 进 行 设 置 ， 照 流 程 图 分 别 设 置 各 个 子 按 程序， 然后根据不同情况分别调用。
ｐ ｅ ｉｅｙ ｒ ｃｓ ｌ ．
Ｋｅ ｗｏ ｄｓ Ｓ ｙ ｒ ： ＣＭ Ｄｒｖ Ｓ ｅ ｉｅ ｔｐｍｏ ｏ ｔｒ
借助单片机 Ａ ８ Ｃ Ｔ ９ ５ 对四相步进 电机进行 ｌ 控制时， 需要通过Ｉ 输出具有一定时序的方波 ／ ＯＨ 作为步进电机的控制信号， 但仅靠该Ｔ Ｌ Ｔ 电平无 法直接驱动电机 。 如果采用７ Ｌ ３ ３ ４ ７进行驱动电 Ｓ
输出运行。 其中， 由单片机Ａ ８ Ｃ １ ５ ２脚作 Ｔ ９ ５的２ — ８ 为ＵＬ ２ ０ 的ｌ ４ Ｎ ０ ３ ～ Ｈ输入 端所构成 的步进 电机
步进电机(步进电机的工作原理)课件
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步进电机(步进电机的工作 原理)课件
目 录
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的驱动电路 • 步进电机的性能参数 • 步进电机的发展趋势与未来展望 • 案例分析
01
步进电机简介
步进电机的定义
步进电机是一种将电脉冲信号转换成 角位移或线位移的开环控制电机。
步进电机通过不断接收电脉冲信号来 连续转动，从而实现精确的定位和速 度控制。
脉冲信号
驱动器接收脉冲信号后，根据脉 冲信号的频率和相位控制步进电
机的转动速度和方向。
电流控制
驱动器通过控制电流的大小和方 向，实现步进电机的转动。
驱动电路的优化设计
减小体积
优化电路板布局和元件 选择，减小驱动电路的 体积，方便安装和使用
。
提高效率
优化电源设计和元件选 择，提高驱动电路的效
率，减少能源浪费。
速度测试
通过转速计测量步进电机在动态条件 下的转速表现。
响应时间测试
通过计时器测量步进电机从静止到设 定转速以及从设定转速到静止所需的 时间。
效率测试
通过测量步进电机在额定负载下的输 入功率和输出功率，计算其效率表现 。
05
步进电机的发展趋势 与未来展望
步进电机的发展趋势
小型化与集成化
随着技术的进步，步进电机正朝着更小尺寸和更高集成度 的方向发展。这使得步进电机在许多应用中成为更优选择 ，特别是在空间受限的场景中。
用于工件的精确加工和定位。
机器人
用于机器人的关节驱动和定位 。
自动化生产线
用于自动化设备的驱动和控制 。
医疗器械
用于医疗设备的驱动和控制， 如CT机、核磁共振仪等。
步进电机接线图
雷赛两相、三相混合式步进电机，采用优质冷轧钢片和耐高温永磁体制造，产品规格涵盖35-130范围。具有温升低、可靠性高的特点，由于其具有良好的内部阻尼特性，因而运行平稳，无明显震荡区。可满足不同行业、不同环境下的使用需求。
雷赛采用专利技术研发的三相步进电机驱动系统，更好地解决了传统步进电机低速爬行、有共振区、噪音大、高速扭矩小、起动频率低和驱动器可靠性差等缺点，具有交流伺服电机的某些运行特性，其运行效果可与进口产品相媲美。
引线数
相电流
电阻(Ω)
电感(mH)
长度L(mm)
转子惯量(g.cm2)
重量(kg)
适配驱动器
串联
并联
二相ห้องสมุดไป่ตู้
35
35HS01
0.07
1.8
4
0.4
35
8.0
28
12
0.17
M415B/DM320/M325
39
39HS02
0.065
1.8
4
0.6
15
16
34
20
0.18
M415B/DM320/M325
42
76
460
1.0
57HS22
2.2
1.8
8
2.8
5.6
0.67
1.8
76
480
1.1
86
86HS35
3.0
1.8
8
2.0
4.0
1.4
3.9
65
800
2.0
DM556/DM856/M752/
M860/M880A/MA550/
MA860/H850/MA860H/