数控机床步进电机驱动器电路.pdf

案例实训指导书之五 数控机床步进电机驱 动器电路 电子技术教研室编 2005年10月 目录 1、步进电机驱动器系统示意框图 2 2 、两相步进电机的基本结构和工作原理 2 3、由功率MOSFET 管组成的 H 桥驱动电路 9 4 、由L297 组成的步进控制信号产生电路 12 5、电源电路 18 6、H 桥驱动电路中的过流检测电路 18 7、完整的步进电机控制驱动器电路 19 8、案例思考题 21 1 本案例主要介绍数控机床开环控制系统中的步进电机驱动器电路。步进电机驱 动器是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电路。通俗一点讲：步进驱 动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。 从而可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到准确定位的目的；同时也可以通 过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，达到调速的目的。 1、步进电机驱动器系统示意框图 组成步进电机驱动器的电路包括：电源电路、光电隔离电路、步进电机专用控 制芯片电路、功率 MOSFET管驱动电路(功率 MOSFET管，即VMOS 管，由于 VMOS管在 一些驱动器说明书中常用功率 MOSFET 表示，在此编者保留这种表示方法。)、H 桥 驱动电路、过流检测与保护电路等。系统框图如图 1所示。 图 1 步进电机驱动器系统示意框图 控制脉冲是一个来自前级计算机或其他微处理器的 TTL 电平时钟信号，其输入 的脉冲个数就是步进电机要走的步数，其频率则决定了电机启动、旋转、停止的速 度和加速度；方向控制信号与启停控制信号均是 TTL 逻辑电平，可以是微处理器的 输出信号，也可以是电平开关信号，其中方向控制决定了步进电机是按顺时针旋转 还是按逆时针旋转，启停控制则可用于紧急情况下的电机停止旋转，切断电源。 2、两相步进电机的基本结构和工作原理 (1)基本结构。两相步进电机的基本结构和原理图如图 2(a)、(b)所示。两相步 进电机在结构上分转子和定子两部分。定子一般由硅钢片叠成，定子上所绕的线圈 称为励磁线圈。对于如图2(a)所示的绕线方式，AB引线为一相，CD引线为另一相。 当给某相线圈供电时将形成 4 个磁极。对于两相步进电机，两个绕组全部供电时将 形成 8 个磁极。每个定子磁极的内表面都分布着多个小齿，它们大小相同，间距相 同。 2 (a)基本结构图 A B C D (b)原理图 图 2 两相步进电机基本结构图和原理图 转子是由永磁材料制成的，其主视图如图 3 所示。分上、下两层，若上层为 S 极，则下层必为 N 极。上、下两层外表面均匀分布着小齿，这些小齿与定子磁极上 的小齿的齿距相同，形状相似。转子上、下两层的齿呈半径相同的圆周分布，并相 互错开二分之一齿距角。而定子的小齿只分布在磁极上，属不完全齿。需注意的是， 转子的上、下两层是做成一体的，即上层转子的旋转将带动下层转子的旋转，反过 来亦如此。