以正確的順序給步進電機的線圈通電以實現單步執行是一項復雜的任務。因此,通常使用驅動器來實現對電機線圈的實際控制。有兩種類型的步進電機驅動-恒壓(L/R驅動)和恒流(斬波驅動)。L/R驅動主要限于低速應用,所以將側重于斬波驅動。
驅動器通過解釋來自控制器的數字步進和方向信號,并相應地向電機線圈供電,簡化了步進電機的操作。所有電子器件都受歐姆定律和電流上升與電感的關系約束。對于步進電機來說,電機的設計(關于它的線圈)可以防止電流在脈沖(命令信號)期間快速增加,這意味著電流在沒有非常高的電壓的情況下永遠無法達到峰值。這是一個問題,因為沒有足夠的電流,扭矩會很低,尤其是電機高速運轉時。為了解決這個問題,斬波器驅動器執行所謂的脈寬調制(PWM)。
1、脈沖寬度調制(PWM)
脈沖寬度調制(PWM)涉及在每一步快速打開和關閉電機的輸出電壓。這會為電機線圈提供非常高的電壓(通常是電機標稱電壓的8倍),導致電流迅速上升并高于其他情況。這種開關動作通常發生在20 kHz或更高的頻率下,但電壓接通時間受線圈阻抗和電機速度的影響因此在更高的速度下,電壓打開的時間更長(脈沖寬度更大)以產生正確水平的平均電流(。
2、步進電機斬波器驅動
步進電機斬波器驅動器由與每個線圈串聯的電流檢測電阻器調節。電阻器在自身兩端產生電壓,然后由比較器監控。當此電壓達到預設參考電壓時,它會被斬波(關閉),直到出現下一個脈沖。這使得平均電流即使在電源電壓發生任何變化時也能保持穩定,并通過確保電流峰值和谷值之間的間隔盡可能短來提高效率。
3、步進電機直線執行器
步進電機可以有一個連接到其旋轉核心的螺紋軸,然后可以用來推動或拉動放置在其上的螺母,使其軸向移動。螺紋的螺距控制螺母每步可以移動多遠,分辨率/精度部分取決于步進電機使用的步進角(全角、半角、四分之一等)。與大多數線性系統一樣,步進驅動的線性致動器容易受到反沖的影響。齒隙是由螺母上的螺紋和絲杠上的螺紋之間的溢出或游隙引起的。當行進方向改變時,螺紋之間的間隙會導致死區。反轉方向時,線性執行器將不會移動,直到螺紋之間的間隙消失(螺紋再次接觸)。為此原因,建議螺紋的公差盡可能小。設計人員必須努力平衡在收緊公差時引入的反沖和摩擦。