步进电机驱动IC的基本原理

最近用于步进电机的驱动 IC 已经小型化。由于开关元件 (FET) 的特性得到改善,因此通过降低导通电阻来抑制发热量。还增加了各种功能来驱动 IC,使其更易于使用。
本节介绍步进电机驱动 IC 的基本部分。

电机驱动电路的分类

需要驱动电路来操作步进电机。

电机驱动有单极和双极两种驱动方式,流过电机的电流有两种控制方式:恒压和恒流。

组合包括:
[A] 单极恒压驱动器
[B] 双极恒压驱动器
[C] 单极恒流驱动器
[D] 双极恒流驱动器

等等。

在上述恒压驱动器 [A] 和 [B] 中,根据欧姆定律,流经电机 [I] 的电流由电机线圈的电阻分量 [R] 和施加到电机的电压 [V] 决定. *1

上述恒压驱动器 [A] 和 [B] 具有简单的电路配置。但是,由于电流值是固定的,因此电机特性(扭矩、响应性和发热)的变化并不是那么简单。 *2

在上面的恒流驱动器[C]和[D]中,电机电流容易变化,所以电机特性的变化比较简单。 *3 *4
此外,通过增加提供给电机的电压,高速时的响应性优于恒压驱动器。
上面的恒流驱动器[C]和[D]适合带出步进电机的特性,因此半导体制造商一直在将这些驱动器转换成他们的驱动IC。

*1除了电阻成分,还有电感成分的影响。然而,在低速下,阻力分量占主导地位。
*2要显着改变特性,您需要改变电机本身或驱动电压。您可以通过调整再生电路的常数来进行微小的特性变化。
*3通过调整电流值可以改变特性。这时候就需要考虑电机发热。
*4在额定电流驱动中,大电流值被节流到所需值。因此,您需要选择电压或线圈电阻值,以便流过的电流大于所需电流。

【图解】单极驱动和双极驱动

单极 双极
通过将线圈对半使用,线圈的极性 (N/S) 会根据电流流动的方向进行切换。
・开关元件少,时序简单。
・电机线圈的使用效率低。
通过改变流向电机线圈的电流方向,可以切换线圈的极性 (N/S)。
・开关元件多,时序复杂。
・电机线圈使用效率高。
 

【图示】额定电压驱动和额定电流驱动

额定电压驱动 额定电流驱动
电机线圈的电阻分量 [R] 和电机施加电压 [V] 决定了电机电流 [I]。
・电路构成简单。
・电机以其基本特性运转。用于低速操作。
检测流过电机的电流 [I],并
通过开关元件将电流控制为恒定值。
・电路配置比较复杂。
・提高电机的特性。可以允许高速运行。
 

组合特点:[A] [B] [C] [D]

[A] 单极恒压驱动器 [B] 双极恒压驱动器 [C] 单极恒流驱动器 [D] 双极恒流驱动器
・励磁控制:简单
・线圈用量:一半
・电路配置:简单
・特性可变性:难
・马达特性:基本
・停止时难以抑制发热
・励磁控制:比较复杂
・线圈用途:整体
・电路配置:略复杂
・特性可变性:难
・马达特性:基本
・停止时难以抑制发热
・励磁控制:简单
・线圈用量:一半
・电路配置:复杂
・特征可变性:简单
・电机特性:改进
・可抑制停止时的发热
・励磁控制:比较复杂
・线圈用途:整体
・电路配置:复杂
・特征可变性:简单
・电机特性:改进
・可抑制停止时的发热
适用于需要较少电机特性的低成本应用。

【操作特点】
低速运行
由于其电路配置复杂,在日本并未广泛使用。

【操作特点】
低速和中扭矩运行
通过使用 IC,电路配置和可控性得到改善。有效利用电机特性。

【操作特点】
高速和中扭矩运行
通过转换为IC,提高了电路配置和可控性。有效利用电机特性。

【操作特点】
中速高扭矩运行

* NPM的司机阵容:
单极恒压驱动器 [AD1111、AD1131]
单极恒流驱动器 [AD1231]
双极恒流驱动器 [AD1431]