雙極四線(xiàn)式和六線(xiàn)式步進(jìn)馬達(dá)的接線(xiàn)方式

上一回我們簡(jiǎn)單聊了步進(jìn)馬達(dá)里面的結(jié)構(gòu)，以及它為什么可以用小角度一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的原理，另外也介紹了兩相式步進(jìn)馬達(dá)常見(jiàn)的兩種接線(xiàn)方式。

這一回我們要來(lái)看看如何在線(xiàn)圈上產(chǎn)生讓馬達(dá)轉(zhuǎn)所需要的波形。

接線(xiàn)方式

我們以最常見(jiàn)的雙極雙相步進(jìn)馬達(dá)為例。上次提過(guò)，這種步進(jìn)馬達(dá)有四線(xiàn)式和六線(xiàn)式兩種出線(xiàn)方式：

這種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)馬達(dá)里面有兩大組線(xiàn)圈，可以稱(chēng)之為 A 線(xiàn)圈和 B 線(xiàn)圈。它的驅(qū)動(dòng)方式是：

1.A 相正向激磁

2.B 相正向激磁

3.A 相反向激磁

4.B 相反向激磁

因?yàn)閮山M線(xiàn)圈都要可以正向和反向激磁，因此稱(chēng)之為「雙極」（bipolar）步進(jìn)馬達(dá)。

至于要讓線(xiàn)圈的磁場(chǎng)方向反過(guò)來(lái)，有兩種不同的方式，最簡(jiǎn)單的當(dāng)然就是讓流過(guò)線(xiàn)圈的電流方向反過(guò)來(lái)。如果電流從 A 接腳流向 A’接腳時(shí)是正向激磁，那么電流從 A’流向 A 時(shí)就是反向激磁。

但要能轉(zhuǎn)換電流方向的電路比較復(fù)雜，因此就有另一種變形的設(shè)計(jì)：六線(xiàn)式的步進(jìn)馬達(dá)。六線(xiàn)式的馬達(dá)一樣有 A 和 B 兩組線(xiàn)圈，但它們的線(xiàn)圈有個(gè)「中間抽頭」，就是在線(xiàn)圈中間位置的一個(gè)接點(diǎn)，如果電流從 A 流向中間抽頭時(shí)是正向激磁，那么電流從 A’流向中間抽頭時(shí)就是反向激磁。

我們把六線(xiàn)式馬達(dá)的兩根 COM 都接地，再輪流驅(qū)動(dòng) A、B、A’、B’，馬達(dá)就會(huì)朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，這時(shí)的驅(qū)動(dòng)波形是這樣的：

要產(chǎn)生并驅(qū)動(dòng)這樣的波形，只需要四顆晶體管。電路大概是這樣：

我們可以用 LA、LB、LA‘、LB’四個(gè)小訊號(hào)去控制 MOSFET 的導(dǎo)通，來(lái)產(chǎn)生 A、B、A’、B’四個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)所需要的訊號(hào)。

注意這里使用的 MOSFET 是 P-channel 的 MOSFET，因?yàn)楫?dāng)我們這樣驅(qū)動(dòng)時(shí)，負(fù)載是在 MOSFET 開(kāi)關(guān)的后面，用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，這是個(gè)「high-side driver」，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)電流是先流過(guò)晶體管再到負(fù)載，而因?yàn)?MOSFET 導(dǎo)通時(shí)的電阻很小，晶體管本人上的電壓差也就很小，所有的 VCC 電壓幾乎都由馬達(dá)線(xiàn)圈承受，但由于 MOSFET 有一端接在電源上，因此不管是 source 還是 drain 的電壓都會(huì)很接近電源電壓；如果用 N-channel 的 MOSFET 來(lái)驅(qū)動(dòng)的話(huà)，我們就會(huì)需要比電源電壓更高的 gate 電壓，才能驅(qū)使 N-channe MOSFET 導(dǎo)通。

因此在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)上，high-side driver 多半都使用 P-channel MOSFET，而反過(guò)來(lái)說(shuō)，接在負(fù)載后面的 low-side driver 則多半使用 N-channel MOSFET。

如果是四線(xiàn)式的步進(jìn)馬達(dá)，要用什么樣的電路，才能讓電流的方向反轉(zhuǎn)呢？這時(shí)后就會(huì)用到「H 電橋」了。H 電橋是用來(lái)做雙向驅(qū)動(dòng)最常用的電路，它長(zhǎng)這樣：

這個(gè)電路需要四顆晶體管，而且一次需要開(kāi)兩顆。

當(dāng)我們將 Q1、Q4 打開(kāi)讓它們導(dǎo)通時(shí)，電流會(huì)由負(fù)載的左方流向右方，而如果將 Q2、Q3 打開(kāi)的話(huà)，電流就會(huì)由負(fù)載的右方流向左方。

雖然這個(gè)電路可以讓電流的方向反轉(zhuǎn)，但它需要用到四顆晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)一組負(fù)載。在四線(xiàn)式的步進(jìn)馬達(dá)上有兩組線(xiàn)圈要驅(qū)動(dòng)，因此總共會(huì)用到八顆晶體管，所需要的晶體管數(shù)量是六線(xiàn)式的兩倍，因此四線(xiàn)式的步進(jìn)馬達(dá)雖然繞組設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜度卻比較高。

小結(jié)

這一回我們介紹了雙極四線(xiàn)式和六線(xiàn)式步進(jìn)馬達(dá)的接線(xiàn)方式，以及驅(qū)動(dòng)它們所需要的程序與訊號(hào)，也介紹了驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)，以及改變電流方向的方法，但由于驅(qū)動(dòng)四線(xiàn)式步進(jìn)馬達(dá)的一組線(xiàn)圈就需要用到四顆晶體管，兩組線(xiàn)圈要用八顆，這樣的電路用離散組件來(lái)拼其實(shí)蠻麻煩的，因此市面上有很多單顆 IC 就可以搞定步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品，除了放大電流的驅(qū)動(dòng)電路外，這些 IC 里面還有邏輯電路，可以用來(lái)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)所需要的訊號(hào)。

下一回，我們會(huì)繼續(xù)聊聊這些專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)的 IC。

審核編輯：湯梓紅