最近用於步進電機的驅動 IC 已經小型化。由於開關元件 (FET) 的特性得到改善,因此通過降低導通電阻來抑制發熱量。還增加了各種功能來驅動 IC,使其更易於使用。
本節介紹步進電機驅動 IC 的基本部分。
電機驅動電路的分類
需要驅動電路來操作步進電機。
電機驅動有單極和雙極兩種驅動方式,流過電機的電流有兩種控制方式:恆壓和恆流。
組合包括:
[A] 單極恆壓驅動器
[B] 雙極恆壓驅動器
[C] 單極恆流驅動器
[D] 雙極恆流驅動器
等等。
在上述恆壓驅動器 [A] 和 [B] 中,根據歐姆定律,流經電機 [I] 的電流由電機線圈的電阻分量 [R] 和施加到電機的電壓 [V] 決定. *1
上述恆壓驅動器 [A] 和 [B] 具有簡單的電路配置。但是,由於電流值是固定的,因此電機特性(扭矩、響應性和發熱)的變化並不是那麼簡單。 *2
在上面的恆流驅動器[C]和[D]中,電機電流容易變化,所以電機特性的變化比較簡單。 *3 *4
此外,通過增加提供給電機的電壓,高速時的響應性優於恆壓驅動器。
上面的恆流驅動器[C]和[D]適合帶出步進電機的特性,因此半導體製造商一直在將這些驅動器轉換成他們的驅動IC。
*1除了電阻成分,還有電感成分的影響。然而,在低速下,阻力分量占主導地位。
*2要顯著改變特性,您需要改變電機本身或驅動電壓。您可以通過調整再生電路的常數來進行微小的特性變化。
*3可以通過調整電流值來改變特性。這時候就需要考慮電機發熱。
*4在額定電流驅動中,大電流值被節流到所需值。因此,您需要選擇電壓或線圈電阻值,以便流過的電流大於所需電流。
【圖解】單極驅動和雙極驅動
單極 | 雙極 |
通過將線圈對半使用,線圈的極性 (N/S) 會根據電流流動的方向進行切換。 ・開關元件少,時序簡單。 ・電機線圈的使用效率低。 |
通過改變流向電機線圈的電流方向,可以切換線圈的極性 (N/S)。 ・開關元件多,時序複雜。 ・電機線圈使用效率高。 |
【圖示】額定電壓驅動和額定電流驅動
額定電壓驅動 | 額定電流驅動 |
電機線圈的電阻分量 [R] 和電機施加電壓 [V] 決定了電機電流 [I]。 ・電路構成簡單。 ・電機以其基本特性運轉。用於低速操作。 |
檢測流過電機的電流 [I],並 通過開關元件將電流控制為恆定值。 ・電路配置比較複雜。 ・提高電機的特性。可以允許高速運行。 |
組合特點:[A] [B] [C] [D]
[A] 單極恆壓驅動器 | [B] 雙極恆壓驅動器 | [C] 單極恆流驅動器 | [D] 雙極恆流驅動器 |
・勵磁控制:簡單 ・線圈用量:一半 ・電路配置:簡單 ・特性可變性:難 ・馬達特性:基本 ・停止時難以抑制發熱 |
・勵磁控制:比較複雜 ・線圈用途:整體 ・電路配置:略複雜 ・特性可變性:難 ・馬達特性:基本 ・停止時難以抑制發熱 |
・勵磁控制:簡單 ・線圈用量:一半 ・電路配置:複雜 ・特徵可變性:簡單 ・電機特性:改進 ・可抑制停止時的發熱 |
・勵磁控制:比較複雜 ・線圈用途:整體 ・電路配置:複雜 ・特徵可變性:簡單 ・電機特性:改進 ・可抑制停止時的發熱 |
適用於需要較少電機特性的低成本應用。 【操作特點】 低速運行 |
由於其電路配置複雜,在日本並未廣泛使用。 【操作特點】 低速和中扭矩運行 |
通過使用 IC,電路配置和可控性得到改善。有效利用電機特性。 【操作特點】 高速和中扭矩運行 |
通過轉換為IC,提高了電路配置和可控性。有效利用電機特性。 【操作特點】 中速高扭矩運行 |
* NPM的司機陣容:
單極恆壓驅動器 [AD1111、AD1131]
單極恆流驅動器 [AD1231]
雙極恆流驅動器 [AD1431]