原创步进电机驱动笔记-步进电机驱动器的软硬件设计总结

 2014-3-19 11:49  2688 19 20 分类: 工业电子文集: 步进电机驱动笔记

步进电机驱动器的设计，硬件部分主要有如下几个部分：

脉冲，方向，使能信号处理部分。光耦电路，现在市面上大部分驱动器有三个光耦的输入通道，其中使能通道只需要很低的速度，采用817系列的光耦就可以搞定。另外的两个通道根据速度要求不同，部分公司采用安高华A2531和2631，另外部分公司采用6N137。整形电路，这块电路简单的可以通过上拉电阻，以及一个300pf左右的电容作为简单的滤波，也可以使用RC滤波电路。也可以根据需要加入一个74HC14D施密特触发器作为整形。
电源部分：采用开关电源，市面上UC3843的方案被大量使用。
H桥电路：大部分都采用NMOS作H桥，采用IR210X系列的半桥驱动芯片。也有使用N+P的情况。
保护电路：电压保护，电流保护，过温保护。主要是过流的保护，容易烧掉昂贵的MOS管，特别需要注意，大部分都没有做过温保护，因为过温通常就是因为过流产生的。过压的保护很简单，用分压电阻和电压基准比较输出就可以，电流的保护通常做50%的余量，也可以使用比较器进行比较。
PWM环电路：市面上采用单片机，FPGA+TLC7528的项目比较多，最近两年全数字的驱动器也火起来了，开始使用DSC和DSP系列作驱动器。如果采用单片机+7528，电流采样采用H桥+一个高精度的无感电阻，通常用到几百毫欧的采样电阻，功率选择5W左右，则电流采样放大以后，直接输入到单片机的ADC引脚，从而调整PWM的占空比，进行斩波恒流。

MCU部分：MCU通常为单片机，FPGA和DSP，或者是单块的集成电路。目前单块的集成电路大部分都用在57以及更小功率的场合。而MCU+H桥的电路用在更高功率的场合。但是基本上MCU所包含的模块基本上包括了如下的功能：

正弦表：这个表可以根据需要进行修改，也有更加先进的技术对这个表进行了修正，以达到一个和负载更加匹配的条件。如采用最高256细分的场合，可以将正弦波的X轴进行等分，计算出Y轴的值，从而生成正弦表。
细分计算：这个配合正弦表，进行正弦表的跳转处理，比如如果按照100%作为峰值，两细分情况下，第一梯则为sin45度为71%，如果是4细分，则第一梯为sin22.5度所对应的Y值。
输入逻辑处理，输入通常有脉冲信号，方向，使能，保护信号，半流信号，细分信号，甚至有电流的设置信号，这个输入逻辑必须配合时序图做细心的分析，以得到正确的时序。
PWM和报警信号的输出，PWM模块是MCU的核心，市场上有大量专门针对电机驱动的MCU，microchip公司还i有专门针对电机驱动的MCPWM，方便进行PWM的设置。PWM的占空比的值通过反馈回来的采样电流值进行调整，从而得到一个正弦的电流跟随输出。
带ADC的模块可以直接采样电流值，用DSC进行处理以后，进行调整，这样，就不再需要用DAC芯片输出一个和采样电流的对比信号，从而降低成本。

步进电机驱动

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文章评论（1条评论）

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用户417079 2014-5-24 10:11

博主你好，看了你的博文，感觉我又学到了很多。我想用FPGA来做一个步进电机的细分控制器，但是遇到了一些问题。特来请教： 1、我是想用fpga做一个SPWM的波形发生器，然后用H桥芯片来驱动步进电机。但是我感觉我在设计的时候，没有考虑到你在上面所说的一些保护电路，还有就是快慢衰减的问题。不知道这会不会有影响？ 2、还有就是正弦波细分的时候，我是用的类似DDS的方法，不知道行不行。 3、还有你上面说的采用电阻，我也没用到，所以不知道会不会有影响。希望博主能给予解答，感激不尽……

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