为什么高性能的NC系统中一般不采用步进电机都用在什么上作为系统的驱动执行元件

  安森美半导体的NCP51530是700 V高低边驱動器用于AC-DC电源和逆变器,提供高频工作下同类最佳的传播延迟、低静态电流和开关电流NCP51530具有行业最低的电平漂移损耗,使电源能在高頻下高能效的工作本文将对NCP 51530与行业标准的两个器件进行比较。计算NCP 51530用于有源钳位反激 (ACF) USB PD适配器中的损耗然后给出NCP 51530对比两个竞争器件用于ACF應用中的实际热性能。紧接着把采用NCP 51530的ACF板的能效数据与采用两个竞争器件的ACF板的能效数据进行了比较

  为了使现代电源更紧凑和高效,电源设计人员越来越多地选用高频应用开关电源采用高频工作可以减小变压器的尺寸,从而增加电源的功率密度高频工作也有助于妀善电源的电磁干扰(EMI)信号,减少EMI器件数因此,世界各地的电源设计人员都在研究高频应用

  然而,在实现高频电源方面存在一些障礙功率开关、变压器铁芯材料、漏电损耗和开关损耗是阻碍大规模应用高频电源的一些障碍。随着氮化镓(GaN)/碳化硅(SiC)技术的出现和MOSFET技术的不斷发展功率开关似乎开始适用于高频电源。同样变压器铁芯材料制造商也在不懈地努力创新高频铁芯材料。

  零电压开关(ZVS)拓扑可以減小与功率开关相关的开关损耗常用的ZVS拓扑如LLC、半桥转换器、全桥转换器、有源钳位反激、双开关正激转换器等。需要低边、高边驱动器来实现缓冲和电平位移的功能这些器件可以驱动高边MOSFET的门极,其源节点为动态变化的节点

  有与功率开关驱动器相关的固有损耗。在LLC、半/全桥转换器等具有图腾柱结构的功率开关中高边驱动器的电平漂移损耗很大。频率越高这些损耗就越严重。 

  安森美半导體的NCP51530[1] 是700 V、高低边驱动器用于AC-DC电源和逆变器,提供高频工作下同类最佳的传播延迟、低静态电流和开关电流NCP51530具有行业最低的电平漂移损耗。因此该器件使电源能在高频下高能效的工作

  NCP51530有两个独立的输入引脚:HIN和LIN,使其能用于各种不同的应用

  该器件还包括的特性有,在浮动输入的情况下逻辑仍然是界定的。驱动输入兼容CMOS和TTL逻辑因此它易于与模拟和数字控制器接口。NCP51530具有高、低边驱动的欠压鎖定功能确保在正确的VCC和VB电压水平上运行。NCP51530的输出级具有/dgdl/an-978.pdf?fileId=00acf21200

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步进电机都用在什么上工作原理楿比直流电机更复杂一些网上资料也较多,我也不做过多讲解下面贴出的是我认为讲的比较好的原理介绍。

★步距角:改变一次通电狀态(或者说一个脉冲信号)电机转子对应转过的角度θ=360°/(z*n),θ是步距角,z是转子齿数n是工作拍数。
★在非超载情况下电机的转速囷停止位置只取决于控制脉冲信号的频率和脉冲数;
★脉冲数越多,转动角度越大;频率越高转动速度越快(不能超过电机规定的最高頻率)。


28:步进电机都用在什么上的有效最大外径是28毫米
J:表示是减速型(减速比1:64)
(实际应用中此种步进电机都用在什么上用的不多,哽常见到是后面介绍的双极性两相步进电机都用在什么上) ★该电机是4相最多可采用8拍的工作方式,此时步距角最小为5.625°。但是此步進电机都用在什么上还配有减速齿轮减速比为1:64。因此实际上每拍电机转动5.625/64≈0.08789°,即转动一圈需要4096拍

★使用时就简单看成下面这幅圖即可(仔细推敲会发现这个图算出步距角与此电机给的并不相符。因为实际上28BYJ-48电机的内部结构与此有些差异具体可看这篇文章:。)
此为该图片原文链接:个人认为此文分析有误,感兴趣可以推敲一下

★该电机属于单极性电机,即有一个公共端(红线接VCC),只需對其余四根线对应施加低电平即可实现转动每相中的电流只有一个流向。
有以下几种工作方式:(A相-橙线B相-黄线,C相-粉线D相-蓝线)
1.單四拍:A—B—C—D;
以八拍为例:(如果要改变转动方向只需从后向前变化:⑧->⑦·····②->①,四拍也是如此)

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比较:双四拍由于每拍两楿通电因此比单四拍输出的扭矩更大。八拍工作时的步距角是四拍工作时的1/2即精度更高。

经测试空载时正常工作的频率范围约200Hz~2000Hz。(每個电机性能可能略有差异)

ULN2003是一种新型的七路高耐压、大电流达林顿晶体管驱动IC可用于驱动继电器、电磁阀、步进电机都用在什么上等。每路输出电流可达500mA使用上面的28BYJ-48步进电机都用在什么上时多会选择此芯片进行驱动。


9脚为公共端COM(具体使用后面介绍);
10~16脚为对应输出口

★从驱动的逻辑图可看出,此芯片实际类似于一个反向器若输入口为高电平,输出口对应低电平;输入低电平输出对应高电平。


★此即为一路输入输出的内部结构图原理十分简单。两个NPN三极管构成达林顿结构提高了电流放大倍数。其中基极B连接输入脚;集电极C连接输出脚;COM为公共端所接的二极管即上面逻辑框图中的二极管。

★当基极B为高电平时三极管导通,电流可通过三极管到地(开启);當基极B为低电平时三极管截止,电流无法到地(关闭)类似于一个三极管开关电路

★公共端COM接二极管实际上是提供一个续流回路感性负载时(如继电器,步进电机都用在什么上等)需要将其接到负载电源上。如下图所示:这样就可以在断开后释放感性元件上储存的能量防止烧坏其他元件。(Tip:如果驱动的是阻性元件则不需要接,悬空即可)

用ULN2003对此步进电机都用在什么上进行驱动十分简单,基本不需要外接任何元件如下图所示:
★其中接电阻和发光二极管可以起到指示的作用,当一相导通时对应LED会亮(如果不需要可去掉)。

★ULN2003的输入端接单片机的I/O口需注意:ULN2003内部是反相器,编程时输入要对应取反

★ULN2003中达林顿结构的开启电压在2.5V左右,因此3.3V逻辑电平的單片机也是可以驱动的只是相比5V的逻辑电平驱动,最大输出电流可能会有所减小(三极管的特性)

对于双极性步进电机都用在什么上與单极性的差别可以看下面两篇文章:

简单来说:单极性步进电机都用在什么上工作时,每相线圈绕组中电流是单向的通过每相的轮流導通来控制转动;而双极性步进电机都用在什么上工作时,每相线圈绕组中电流是双向的通过切换电流流向以及每相的轮流导通共同控淛转动。

因此双极性步进电机都用在什么上的驱动方式较为复杂


42步进电机都用在什么上是一款2相4线的步进电机都用在什么上。其中42是指咹装机座尺寸是42mm八拍工作时,步距角最小为1.8°

内部原理可简单看成下图:(想了解42步进电机都用在什么上的内部拆解可)
★如上图所示通过A、B两相的导通以及每相中电流方向的改变可以改变定子上的磁极,从而实现转动虽然原理相比单极性有所改变,但控制的逻輯基本类似

★上图的左下角是一般情况下对应的接线。(如有不同以购买的说明为准)

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3.一般的双H桥芯片(以DRV8833为例)

在直流电机驱动时巳经具体介绍了此芯片,此处不再赘述其他类似的双H桥芯片均是同样原理

①.内部框图及接线方式


如上图所示将42步进电机都用在什么上嘚四根线依次接到两个H桥的输出端通过输入端的逻辑控制改变H桥的工作方式,从而实现步进电机都用在什么上的转动


★此为其中一个H橋的逻辑控制表。在用此类芯片驱动步进电机都用在什么上时只需关注正反转两种工作方式,驱动直流电机时的衰减模式和PWM控制此时均鈈需要(衰减模式将在后面一种芯片中使用到)

★从上表可发现:IN和OUT的电压高低是对应的。因此当把两个H桥的输入接到单片机的I/O后只需根据上面42步进电机都用在什么上不同工作方式(四/八拍)的逻辑对应设置,即可正常驱动此电机

4.专用的双H桥芯片(以DRV8825为例)

★DRV8825同样是┅款集成了双H桥的PWM电机驱动芯片,专门用于驱动两相步进电机都用在什么上

★内部集成了一个专门用于控制步进电机都用在什么上的1/32微步进分度器,也就是常说的细分

★输入的驱动电压为8.2~45V,输出峰值电流为2.5A

★与DRV8825基本相同的还有一款A4988芯片,最大不同在于此芯片最多16细分网上也有其对应模块。

用于外接电荷泵的飞跨电容需在CP1和CP2之间接一个0.01uF,耐压50V的电容 3.3V电压输出需要一个0.47uF,耐压6.3V的陶瓷电容接地
复位控淛输入低电平时初始化分度器逻辑并关闭H桥输出
提供高端基极驱动电压,需接一个0.1uF耐压16V的陶瓷电容和一个1MΩ的电阻到VM 睡眠模式控制输入低电平时进入低电压睡眠模式,高电平使能芯片
H桥A的驱动电压需接一个0.1uF的旁路电容到地 当温度过高或通过电流过大时会输出低电平进荇提示
电流衰减模式选择:低电平时为慢衰减,高电平时为快衰减悬空/高阻态时为混合衰减
H桥A的电流控制,可通过一个电阻接地限制电鋶(不限电流时直接接地) 方向控制输入高低电平代表不同方向
使能输入 ,高电平关闭芯片低电平打开芯片
H桥B的电流控制,可通过一个電阻接地限制电流(不限电流时直接接地)
和MODE1、MODE2一起进行微步进(细分)模式控制具体对应下面贴出
H桥B的驱动电压,需接一个0.1uF的旁路电容到地,必须和VMA所接电压相同
H桥A电流限制时的比较参考电压可以接在V3P3OUT引脚上
H桥B电流限制时的比较参考电压,可以接在V3P3OUT引脚上一般和AVREF相同 当转到homestate位置时输出一个低电平

此芯片很多引脚都与一般的双H桥芯片类似,有以下几点不同:

★1.不再是以AIN1、AIN2这样的引脚来控制H桥而是直接集成为┅个STEP脚,只需对其输入脉冲便可实现步进电机都用在什么上的转动。

★2.控制DIR引脚的高低电平可直接实现正反转;控制DECAY引脚的高低电平可實现衰减模式的切换

★4.三个MODE脚的组合便可实现不同细分度的切换

注: 很多H桥芯片中都会出现VCP这样的脚具体可查询电荷泵的工作原理(飞跨电容、飞跨二极管等)

简单点理解:所谓细分,其最终效果就是可以将步进电机都用在什么上的步距角再一次减小
★例如:上述電机的步距角为1.8°,即转一圈需要200个脉冲。此时如果把芯片控制为1/8细分那么就会变成转一圈需要1600个脉冲

同时需要注意:细分的主要目嘚是减弱或消除步进电机都用在什么上的低频振动提高运转精度只是附带功能。如果细分度过大电机无法达到,也会出现输入多个脉沖才会产生一次转动的现象

在电机实际使用时,如果对转速要求较高且对精度和平稳性要求不高的场合,不必选大细分如果转速很低情况下,应该选大细分确保平滑,减少振动和噪音 有关细分的具体原理可看下面这篇文章:


★如上图,模块中常常有一个电位器接茬电流比较的参考电压引脚上通过改变比较电压从而调节H桥可通过的最大电流

★DECAY脚悬空默认为混合衰减模式。(此模式为快慢衰减結合具体原理可百度)

★由于nSLEEP和nRESET两个引脚内部均有下拉电阻(即不接时默认为低电平);而nFAULT脚通过内部的三极管,默认为高电平(具体可看手冊中的框图)因此,在模块中通过电阻R5将nFAULT脚和nSLEEP相连使得nSLEEP也默认变为高电平(不进入睡眠模式)。当过温或过流时nFAULT输出低电平,这不仅会在模块输出口反应出来(右边的7脚)还会使nSLEEP变为低电平,从而进入睡眠模式在使用此模块使常常将nSLEEP和nRESET脚相连(左边的3、4脚),从而使nRESET也受到相同嘚控制效果

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