步進電機驅動器類型

市面上有各種不同的 步進電機驅動器，它們針對特定應用具有不同的功能。但其Zui重要的特性之一與輸入接口有關，Zui常見的幾種輸入接口包括：Step/Direction （步進/方向） –在Step引腳上發送一個脈沖，驅動器即改變其輸出使電機執行一次步進，轉動方向則由Direction引腳上的電平來決定。
Phase/Enable（相位/使能） –對每相的定子繞組來說，Enable決定該相是否通電， Phase決定該相電流方向。
PWM – 直接控制上下管FET的柵極信號。
步進電機驅動器的另一個重要特性是，除了控制繞組兩端的電壓，它是否還可以控制流過繞組的電流：
擁有電壓控制功能，驅動器可以調節繞組上的電壓，產生的扭矩和步進速度僅取決于電機和負載特性。
電流控制驅動器更加先進，因為它們可以調節流經有源線圈的電流，更好地控制產生的扭矩，從而更好地控制整個系統的動態行為。

單極/雙極電機

另一個可能對電機控制產生影響的特性是其定子線圈的布置，它決定了電流方向的變化方式。為了實現轉子的運動，不僅要給線圈通電，還要控制電流的方向，而電流方向決定了線圈本身產生的磁場方向（見圖8）。
步進電機可以通過兩種不同的方法來控制電流的方向。

圖8: 根據線圈電流方向控制磁場方向在單極步進電機中，線圈的中心點連有一根引線（請參見圖9），這樣可以通過相對簡單的電路和組件來控制電流方向。該中央引線（AM）連接輸入電壓VIN（見圖8）。
如果MOSFET 1導通，則電流從AM流向A +。如果MOSFET 2導通，則電流從AM流向A-，在相反方向上產生磁場。如上所述，這種方法可以簡化驅動電路（僅需要兩個半導體），但缺點是一次僅使用了電機中銅導體的一半，這意味著如果線圈中流過相同的電流 ，則磁場強度僅為使用全部銅導體時的一半。另外，由于電機輸入引線更多，這類電機較難構造。

圖9: 單極步進電機驅動電路在雙極步進電機中，每個線圈只有兩條引線，而且為了控制方向，必須使用H橋（請參見圖10）。如圖8所示，如果MOSFET 1和4導通，則電流從A +流向A-；如果MOSFET 2和3導通，則電流從A-流向A +，產生相反方向的磁場。這種方案需要更復雜的驅動電路，但可以Zui大限度利用電機銅量而實現Zui大扭矩。

圖10: 雙極步進電機驅動電路隨著技術的不斷進步，單極電機的優勢逐步弱化，雙極步進電機成為目前Zui流行的電機類型。 

步進電機驅動技術

步進電機主要有四種不同的驅動技術：波動模式：一次僅一個相位通電（見圖11）。為簡單起見，如果電流從某相的正引線流向負引線（例如，從A +到A-），則我們稱為正向流動；否則，稱為負向流動。從下圖左側開始，電流僅在A相中正向流動，而用磁體代表的轉子與其所產生的磁場對齊。接著，電流僅在B相中正向流動，轉子順時針旋轉90°以與B相產生的磁場對齊。隨后，A相再次通電，但電流負向流動 ，轉子再次旋轉90°。Zui后，電流在B相中負向流動，而轉子再次旋轉90°。

圖11: 波動模式步進全步模式：兩相始終同時通電。圖12顯示了該驅動模式的步進步驟。其步驟與波動模式類似，Zui大的區別在于，全步模式下，由于電機中流動的電流更多，產生的磁場也更強，因此扭矩也更大。

圖12: 全步模式步進半步模式是波動模式和全步模式的組合（請參見圖12）。這種模式可以將步距減小一倍（旋轉45°，而不是90°）。其唯一的缺點是電機產生的扭矩不是恒定的，當兩相都通電時扭矩較高，只有一相通電時扭矩較小。
圖13: 半步模式步進

微步模式：可以看作是半步模式的增強版，因為它可以進一步減小步距，并且具有恒定的扭矩輸出。這是通過控制每相流過的電流強度來實現的。與其他方案相比，微步模式需要更復雜的電機驅動器。圖14顯示了微步模式的工作原理。假設IMAX是一個相位中可以通過的Zui大電流，則從圖中左側開始，在第一個圖中IA = IMAX，IB = 0。下一步，控制電流以達到IA = 0.92 x IMAX，IB = 0.38 x IMAX，它產生的磁場與前一個磁場相比順時針旋轉了22.5°。控制電流達到不同的電流值并重復此步驟，將磁場旋轉45°、67.5°和90°。與半步模式相比，它將步距減少了一半；但還可以減少更多。使用微步模式可以達到非常高的位置分辨率，但其代價是需要更復雜的設備來控制電機，并且每次步進產生的扭矩也更小。扭矩與定子磁場和轉子磁場之間的夾角正弦成正比；因此，當步距較小時，扭矩也較小。這有可能會導致丟步，也就是說，即使定子繞組中的電流發生了變化，轉子的位置也可能不改變。

圖14: 微步模式步進

步進電機的優缺點

現在我們已了解了步進電機的工作原理，再總結一下各類電機的優缺點將非常有幫助。

優點：

得益于其內部結構，步進電機不需要傳感器來檢測電機位置。步進電機是通過執行“步進”來運動的，因此只需簡單地計算步數就可以獲得給定時間的電機位置。此外，步進電機的控制非常簡單。它也需要驅動器，但不需要復雜的計算或調整即可正常工作。與其他電機相比，其控制工作量通常很小。而且，如果采用微步模式，還可以實現高達0.007°的位置精度。步進電機在低速時可提供良好的扭矩，也可以很好的保持位置，而且使用壽命長。

缺點：

當負載扭矩過高時可能會失步。由于無法獲知電機的實際位置，因此會對控制產生負面影響。采用微步模式時更易產生此問題。步進電機即使在靜止時也總是消耗Zui大電流，因此會降低效率并可能導致過熱。步進電機扭矩小，在高速下會產生很大的噪音。步進電機具有低功率密度和低扭矩慣性比。