步进电机驱动器类型

市面上有各种不同的 步进电机驱动器，它们针对特定应用具有不同的功能。但其最重要的特性之一与输入接口有关，最常见的几种输入接口包括：Step/Direction （步进/方向） –在Step引脚上发送一个脉冲，驱动器即改变其输出使电机执行一次步进，转动方向则由Direction引脚上的电平来决定。
Phase/Enable（相位/使能） –对每相的定子绕组来说，Enable决定该相是否通电， Phase决定该相电流方向。
PWM – 直接控制上下管FET的栅极信号。
步进电机驱动器的另一个重要特性是，除了控制绕组两端的电压，它是否还可以控制流过绕组的电流：
拥有电压控制功能，驱动器可以调节绕组上的电压，产生的扭矩和步进速度仅取决于电机和负载特性。
电流控制驱动器更加先进，因为它们可以调节流经有源线圈的电流，更好地控制产生的扭矩，从而更好地控制整个系统的动态行为。

单极/双极电机

另一个可能对电机控制产生影响的特性是其定子线圈的布置，它决定了电流方向的变化方式。为了实现转子的运动，不仅要给线圈通电，还要控制电流的方向，而电流方向决定了线圈本身产生的磁场方向（见图8）。
步进电机可以通过两种不同的方法来控制电流的方向。

图8: 根据线圈电流方向控制磁场方向在单极步进电机中，线圈的中心点连有一根引线（请参见图9），这样可以通过相对简单的电路和组件来控制电流方向。该中央引线（AM）连接输入电压VIN（见图8）。
如果MOSFET 1导通，则电流从AM流向A +。如果MOSFET 2导通，则电流从AM流向A-，在相反方向上产生磁场。如上所述，这种方法可以简化驱动电路（仅需要两个半导体），但缺点是一次仅使用了电机中铜导体的一半，这意味着如果线圈中流过相同的电流 ，则磁场强度仅为使用全部铜导体时的一半。另外，由于电机输入引线更多，这类电机较难构造。

图9: 单极步进电机驱动电路在双极步进电机中，每个线圈只有两条引线，而且为了控制方向，必须使用H桥（请参见图10）。如图8所示，如果MOSFET 1和4导通，则电流从A +流向A-；如果MOSFET 2和3导通，则电流从A-流向A +，产生相反方向的磁场。这种方案需要更复杂的驱动电路，但可以最大限度利用电机铜量而实现最大扭矩。

图10: 双极步进电机驱动电路随着技术的不断进步，单极电机的优势逐步弱化，双极步进电机成为目前最流行的电机类型。 

步进电机驱动技术

步进电机主要有四种不同的驱动技术：波动模式：一次仅一个相位通电（见图11）。为简单起见，如果电流从某相的正引线流向负引线（例如，从A +到A-），则我们称为正向流动；否则，称为负向流动。从下图左侧开始，电流仅在A相中正向流动，而用磁体代表的转子与其所产生的磁场对齐。接着，电流仅在B相中正向流动，转子顺时针旋转90°以与B相产生的磁场对齐。随后，A相再次通电，但电流负向流动 ，转子再次旋转90°。最后，电流在B相中负向流动，而转子再次旋转90°。

图11: 波动模式步进全步模式：两相始终同时通电。图12显示了该驱动模式的步进步骤。其步骤与波动模式类似，最大的区别在于，全步模式下，由于电机中流动的电流更多，产生的磁场也更强，因此扭矩也更大。

图12: 全步模式步进半步模式是波动模式和全步模式的组合（请参见图12）。这种模式可以将步距减小一倍（旋转45°，而不是90°）。其唯一的缺点是电机产生的扭矩不是恒定的，当两相都通电时扭矩较高，只有一相通电时扭矩较小。
图13: 半步模式步进

微步模式：可以看作是半步模式的增强版，因为它可以进一步减小步距，并且具有恒定的扭矩输出。这是通过控制每相流过的电流强度来实现的。与其他方案相比，微步模式需要更复杂的电机驱动器。图14显示了微步模式的工作原理。假设IMAX是一个相位中可以通过的最大电流，则从图中左侧开始，在第一个图中IA = IMAX，IB = 0。下一步，控制电流以达到IA = 0.92 x IMAX，IB = 0.38 x IMAX，它产生的磁场与前一个磁场相比顺时针旋转了22.5°。控制电流达到不同的电流值并重复此步骤，将磁场旋转45°、67.5°和90°。与半步模式相比，它将步距减少了一半；但还可以减少更多。使用微步模式可以达到非常高的位置分辨率，但其代价是需要更复杂的设备来控制电机，并且每次步进产生的扭矩也更小。扭矩与定子磁场和转子磁场之间的夹角正弦成正比；因此，当步距较小时，扭矩也较小。这有可能会导致丢步，也就是说，即使定子绕组中的电流发生了变化，转子的位置也可能不改变。

图14: 微步模式步进

步进电机的优缺点

现在我们已了解了步进电机的工作原理，再总结一下各类电机的优缺点将非常有帮助。

优点：

得益于其内部结构，步进电机不需要传感器来检测电机位置。步进电机是通过执行“步进”来运动的，因此只需简单地计算步数就可以获得给定时间的电机位置。此外，步进电机的控制非常简单。它也需要驱动器，但不需要复杂的计算或调整即可正常工作。与其他电机相比，其控制工作量通常很小。而且，如果采用微步模式，还可以实现高达0.007°的位置精度。步进电机在低速时可提供良好的扭矩，也可以很好的保持位置，而且使用寿命长。

缺点：

当负载扭矩过高时可能会失步。由于无法获知电机的实际位置，因此会对控制产生负面影响。采用微步模式时更易产生此问题。步进电机即使在静止时也总是消耗最大电流，因此会降低效率并可能导致过热。步进电机扭矩小，在高速下会产生很大的噪音。步进电机具有低功率密度和低扭矩惯性比。