眾所周知，步進電機的驅(qū)動方式有整步，半步，細分驅(qū)動。三者既有區(qū)別又有聯(lián)系，目前，市面上很多驅(qū)動器支持細分驅(qū)動方式。

大家都知道步進電動機是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的控制電機，常作為數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(這個角度叫做歩距角)。

正常運動情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù);做連續(xù)步進運動時，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響。本文小編將帶領(lǐng)大家詳細的了解步進電機整步驅(qū)動、半步驅(qū)動、細分驅(qū)動的工作原理及優(yōu)缺點。

步進電機的驅(qū)動方式

如下圖是兩相步進電機的內(nèi)部定子示意圖，為了使電機的轉(zhuǎn)子能夠連續(xù)、平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動，定子必須產(chǎn)生一個連續(xù)、平均的磁場。因為從宏觀上看，電機轉(zhuǎn)子始終跟隨電機定子合成的磁場方向。如果定子合成的磁場變化太快，轉(zhuǎn)子跟隨不上，這時步進電機就出現(xiàn)失步現(xiàn)象。

既然電機轉(zhuǎn)子是跟隨電機定子磁場轉(zhuǎn)動，而電機定子磁場的強度和方向是由定子合成電流決定且成正比。即只要控制電機的定子電流，則可以達到驅(qū)動電機的目的。下圖是兩相步進電機的電流合成示意圖。其中Ia是由A-A`相產(chǎn)生，Ib是由B-B`相產(chǎn)生，它們兩個合成后產(chǎn)生的電流I就是電機定子的合成電流，它可以代表電機定子產(chǎn)生磁場的大小和方向。

基于以上步進電機的背景描述，對于步進電機的整步、半步、細分的三種驅(qū)動方式，都會是同一種方法，只是電流把一個圓(360°)分割的粗細程度不同。

1、整步驅(qū)動

對于整步驅(qū)動方式，電機是走一個整步，如對于一個步進角是3.6°的步進電機，整步驅(qū)動是每走一步是走3.6°。

下圖是整步驅(qū)動方式中，電機定子的電流次序示意圖：

由上圖可知，整步驅(qū)動每一時刻只有一個相通電，所以這種驅(qū)動方式的驅(qū)動電路可以是很簡單，程序代碼也是相對容易實現(xiàn)，且由上圖可以得到電機整步驅(qū)動相序如下：

BB’→A’A→B’B→AA’→BB’

下圖是這種驅(qū)動方式的電流矢量分割圖：

可見，整步驅(qū)動方式的電流矢量把一個圓平均分割成四份。

下圖是整步驅(qū)動方式的A、B相的電流I vs T圖：

總結(jié)：

可以看出，整步驅(qū)動的缺點：描出的正弦波是粗糙的。使用這種方式驅(qū)動步進電機，低速時電機會抖動，噪聲會比較大。但是，這種驅(qū)動方式的優(yōu)點：無論在硬件或軟件上都是相對簡單，從而驅(qū)動器制造成本容易得到控制。

2、半步驅(qū)動

對于半步驅(qū)動方式，電機是走一個半步，如對于一個步進角是3.6°的步進電機，半步驅(qū)動是每走一步，是走1.8°(3.6°/2)。

下圖是半步驅(qū)動方式中，電機定子的電流次序示意圖：

由上圖可見，半步驅(qū)動方式的比整步驅(qū)動方式相對復雜一些，在同一時刻，可能兩個相都需要被通電，如果要求電機轉(zhuǎn)動的力矩平穩(wěn)，則需要在兩相同時通電時，通電電流應該為單相通電電流的sin(45°)，即√2/2。當然，可以直接通以和單相通電流相等的電流，結(jié)果是電機轉(zhuǎn)動過程中的力矩不恒定，但它帶來的好處是驅(qū)動電路或軟件編寫的簡化。

以下是這種的驅(qū)動方式的驅(qū)動相序：

BB’→BB’ A’A→A’A→B’B A’A→ B’B→B’B AA’→AA’→ AA’ BB’

如果需要反轉(zhuǎn)，只需按以上相序的逆向進行通電即可。

當按以上相序?qū)﹄姍C通電，產(chǎn)生的電流矢量則可以把一個圓分割成8份，如下圖所示：

半步驅(qū)動一方面使電機的步進分辨率提高了一倍，且電機運轉(zhuǎn)會更為平穩(wěn)。

對比地，半步驅(qū)動方式的兩相電流圖如下圖所示：

總結(jié)：

由上圖看出，半步驅(qū)動方式的優(yōu)點：描出的正弦波較之整步驅(qū)動方式，有了改觀，提高了精度。這樣的好處是在無需更改電機的情況下，電機的步進角分辨率提高了一倍，且電機運行相對安靜一些。

3、細分驅(qū)動

如下圖，可以看出某種規(guī)律：

看上圖，電流矢量分割圓越來越稠密，如上圖的c。這是4細分驅(qū)動的分割圖，從宏觀上可想象，電機轉(zhuǎn)子走一步的角度將會隨著細分數(shù)的增加而減小，電機轉(zhuǎn)動也越來越平穩(wěn)、安靜。從某種意義上，整步和半步驅(qū)動也是細分驅(qū)動的一樣，它們的關(guān)系就如正方形和長方形的關(guān)系。

上圖是4細分驅(qū)動方式的兩相電流圖，由圖看出，這時每相電流的曲線較半步驅(qū)動時的電流曲線更加細膩。

電流細分是細分驅(qū)動的其中一種方法，恒流的實現(xiàn)常用斬波驅(qū)動，給定的電流是以正弦波分布。另一種為電壓細分，這種方法是比正弦波的電壓驅(qū)動電機的線圈，可以不需要反饋地實現(xiàn)電機的細分驅(qū)動，但是由于電機的反電勢等的作用，正弦波電壓驅(qū)動并不能產(chǎn)生正弦波的電流，效果沒有電流細分好，但是它的驅(qū)動電路相對簡單。

總結(jié)：

細分可以提高電機的步進角分辨率，但是，這并不是細分驅(qū)動的初衷，而是為了減緩步進電機運轉(zhuǎn)過程的震動和噪聲，使電機的力矩輸出更平穩(wěn)。這有點像數(shù)碼相機的光學變焦和數(shù)字變焦的關(guān)系，提高步進系統(tǒng)分辨率最好依靠電機本身和機械結(jié)構(gòu)。

在工程應用中，電機的細分數(shù)可能不同，在低速時，可增大細分數(shù)，當速度增加時，減少細分數(shù)。