第４期

邹道生，等：ＥＤＡ技术在步进电机驱动中的应用

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应式步进电机为例，最多只能实现二细分，对于相数较多的步进电机可达到的细分数稍大一些，但也有限．

因此要使可达到的细分数较大，就必须能控制步进电机各相励磁绕组中的电流，使其按正弦或阶梯上升或

下降，即在零到最大相电流之间能有多个稳定的中间电流状态，相应的磁场矢量幅值也就存在多个中间状

态，这样，相邻两相或多相的合成磁场的方向也将有多个稳定的中间状态．

步进电机步距角细分是通过改变步进电机相电流的方法来实现的幢Ｊ．通常采用电流矢量恒幅均匀旋转

的细分方法，即同时改变两相电流如和ｉ８的大小，使电流合成矢量等幅均匀旋转．厶和拓的变化曲线可描述

为厶＝ｆ。ｃｏｓ戈，如＝ｆ。ｓｉｎ戈，其中，“、如分别为Ａ相和Ｂ相电流，ｆ。为相电流的最大值，菇为转动角度．

四相步进电机８细分时的各相电流是以ｌ／４的步距上升或下降的，在两相乃，％中间又插入了７个稳定

的中间状态，原来一步所转过的角度％将由８步完成，实现了步距角的８细分．由此可见，步进电机细分驱动

的关键在于细分步进电机各相励磁绕组中的电流．

２步进电机细分驱动电路

随着大规模集成电路邢ＩＧＡ／ＣＰＬＤ制造工艺的提高，数字技术的迅速发展，为步进电机的细分驱动带来

了便利．采用ＥＤＡ技术进行控制，可根据细分要求的步距角，事先计算出电机各相绕组中通过电流对应的

删值，存储在ＦＰＧＡ的嵌入式ＲＯＭ中．细分控制时，地址计数器自动产生地址送到ＬＰＭ．ＲＯＭ，根据不同的

地址ＲｏＭ输出相应的数据，输出到数字比较器，与线性锯齿波比较后输出网Ⅲ波形，并加到各相的功放电

路上，控制功放电路给各相绕组通以相应的电流，实现步进电机的细分．

２．１

步距细分的附系统构成

以下先以四相电机为例来说明步进电动机的

删细分原理．图１为四相步进电机的８细分电流波形，从图１中可以看出，一

般情况下总有二相绕组同时通电．一相电流逐渐增大，另一相逐渐减小．对应于

一个步距角，电流可以变化Ⅳ个台阶，也就是电机位置可以细分为Ⅳ个小角度，

这就是电机的一个步距角被Ⅳ细分的工作原理．也可以说，步距角的细分就是电

机绕组电流的细分，从而可驱动步进电机平滑运行．

图２为步进电机细分驱动系统结构图．步距细分电路是由删计数器、

ＲｏＭ地址计数器、ＰＷＭ波形ＲｏＭ存储器、比较器、功放电路所组成．其中，ＰＷＭ

图１四相步进电机８细分

电流波形

计数器在时钟脉冲作用下递增计数，产生阶梯形上升的周期性的锯齿波，同时加载到四相步进电机各相数

字比较器的一端；波形ＲｏＭ输出的数据Ａ［３．．０］、曰［３．．ｏ］、ｃ［３．．ｏ］、趴３．．０］分别加载到各数字比较器的

另一端．当Ｐ删计数器的计数值小于波形ＲｏＭ输出数值时，比较器输出低电平；当ＰＷＭ计数器的计数值大

于波形ＲｏＭ输出数值时，比较器输出高电平．由此可输出周期性的删波形．

根据图ｌ步进电机８细分电流波形的要

求，将各个时刻细分电流波形所对应的数值啸甯时钟
存放于波形ＲＯＭ中，波形ＲｏＭ的地址由地

址计数器产生．地址计数器有３个控制端，可

以用于改变步进电机的旋转方向、转动速

趸型

度、工作／停止状态．ＦＰＧＡ产生的Ｐ删信号速度捱诵

控制各功率管驱动电路的导通和关断．删

脉宽调制信号随ＲＯＭ数据而变化，改变

ＲｏＭ中的数据就可以改变输出信号的占空

比，达到限流及细分控制，最终使电机绕组

呈现阶梯形变化，从而实现了步距细分目

的．输出细分电流信号采用卯ＧＡ中ＲＯＭ查

表法，它是通过在不同地址单元内写入不同

图２步进电机细分驱动结构图

的删数据，用地址选择来实现不同通电方式下的可变步距细分．根据细分结构图所设计的ＦｐＧＡ实验电

　

万方数据