步进电机驱动技术国内外研究现状和发展趋势

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驱动电源的国内研制概况[10]驱动电源性能的好坏及可靠性，在很大程度上与末级功放所用的功率元件直接相关。最初使用的末级功放元件是可控硅。可控硅是一种脉冲触发的开关器件，它突出的优点是输人功率小、输出功率大、耐压高、成本较低[9]。在七十年代由于国内大功率高低压晶体管较少，所以用可控硅为功率器件的驱动器曾一度占据主流。但是，可控硅虽然触发简单，但关断困难，总的来看线路复杂，容易形成误触发、可靠性差、不便于调试和维护、抗干扰能力不好，近年来随着大功率晶体管的发展一般不再采用。61558

晶体管具有控制方便、调试容易、开关速度快以及元件损耗小等优点，并且由于采用先进的设计，晶体管的开关特性和耐压过流能力有了相当大的改进，因而近几年国内外绝大多数的驱动电源使用晶体三极管作为末级功放元件。

近年来，由于V形槽金属氧化物半导体场效应晶体管(VMOSFET)综合了大功率双极晶体管和场效应晶体管的优点，具有大功率、高耐压、高增益的特点，且没有少数载流子存储时间和温度失控，并有显著的抑制二次击穿特性[11]，因而使用它可大大提高驱动电源的可靠性。随着成本的降低及使用经验的积累，越来越多的驱动电源将会使用MOSFET作为末级功放元件。

2 国外研制概况

国外对步进电机的研究一直很活跃。目前，国外对步进电机的控制和驱动的一个重要发展方向是大量采用专用芯片，结果是大大缩小驱动器的体积，明显提高了整机的性能。比较典型的芯片有两类:一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机实现合理的加减速过程，同时完成计长走步、正反转等。对于开环使用的步进电机，实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲。例如日本的PPMC101B 便是这种芯片。采用这类专用集成电路，可驱动3-5相电路，可选择励磁方式，转速精确，设定的转速范围宽、加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定，此外还有单步运转和不同的停止方式等功能。另一类芯片的核心是实现细分技术，例如日本东芝公司的TA774H二相步进电机细分控制芯片，其内部集成了PWM斩波控制和函数型双极驱动电路细分控制功能。目前由于集成芯片受到耐压、电流容量的限制，一般只能用于小功率步进电机的驱动[12]。文献综述

近年来，国外许多厂商相继推出了多种步进电机控制与驱动芯片和多种不同功率等级的功率模块，仅由几个专用芯片和一个功率模块便可构成一个功率齐全、性能优异的步进电机驱动器。例如意大利SGS公司的L298和L297构成的四相(二相)定电流斩波驱动器就属此类。

3 步进电机的发展趋势

在微型计算机出现以前，步进电机的控制完全由硬件实现。比如环形分配器，就是由多个标准数字集成电路按照逻辑真值表组合而成，不同类型的电机、不同的工作方式就需要有不同的环形分配器，如果更换了电机类型或改变工作模式，则整个硬件电路需要重新设计。随着以MCS-51系列为代表的单片机的迅速普及，基于软件为核心的通用环形分配器获得了广泛的应用[13]，此类环形分配器仅需要更换不同的软件即可适应各种电机，而无需变更硬件，具有极大的灵活性。此外，在步进电机的速度控制中，我们寻求的最佳升降速曲线是根据步进电机的动力学特性及矩频特性得到的，在数学上这种曲线是比较复杂的，人们很难找到一种硬件电路来模拟它，只能在一定频段内做一种大的近似来拟合。现在。我们可以通过软件编程来精确的模拟升降速曲线，并且结合当前微型计算机的强大计算功能可实现步进电机的最优化控制。