步進電機基本原理

工作原理：

通常電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。

發熱原理：

通常見到的各類電機，內部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場中也會產生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發熱的形式表現出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉速而變化，因而步進電機普遍存在發熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。

步進電機用途

步進電機是一種控制用的特種電機，作為執行元件，是機電一體化的關鍵產品之一，隨著微電子和計算機技術的發展（步進電機驅動器性能提高），步進電機的需求量與日俱增。步進電機在運行中精度沒有積累誤差的特點，使其廣泛應用于各種自動化控制系統，特別是開環控制系統。

步進電機分類

1、步進電機結按構分類

步進電機也叫脈沖電機，包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）等。

（1）反應式步進電機：

也叫感應式、磁滯式或磁阻式步進電機。其定子和轉子均由軟磁材料制成，定子上均勻分布的大磁極上裝有多相勵磁繞組，定、轉子周邊均勻分布小齒和槽，通電后利用磁導的變化產生轉矩。一般為三、四、五、六相；可實現大轉矩輸出（消耗功率較大，電流最高可達20A，驅動電壓較高）；步距角小（最小可做到六分之一度）；斷電時無定位轉矩；電機內阻尼較小，單步運行（指脈沖頻率很低時）震蕩時間較長；啟動和運行頻率較高。

（2）永磁式步進電機：

通常電機轉子由永磁材料制成，軟磁材料制成的定子上有多相勵磁繞組，定、轉子周邊沒有小齒和槽，通電后利用永磁體與定子電流磁場相互作用產生轉矩。一般為兩相或四相；輸出轉矩小（消耗功率較小，電流一般小于2A，驅動電壓12V）；步距角大（例如7.5度、15度、22.5度等）；斷電時具有一定的保持轉矩；啟動和運行頻率較低。

（3）混合式步進電機：

也叫永磁反應式、永磁感應式步進電機，混合了永磁式和反應式的優點。其定子和四相反應式步進電機沒有區別（但同一相的兩個磁極相對，且兩個磁極上繞組產生的N、S極性必須相同），轉子結構較為復雜（轉子內部為圓柱形永磁鐵，兩端外套軟磁材料，周邊有小齒和槽）。一般為兩相或四相；須供給正負脈沖信號；輸出轉矩較永磁式大（消耗功率相對較小）；步距角較永磁式小（一般為1.8度）；斷電時無定位轉矩；啟動和運行頻率較高；是目前發展較快的一種步進電機。

2、步進電機按工作方式分

（1）功率式：輸出轉矩較大，能直接帶動較大負載（一般使用反應式、混合式步進電機）。

（2）伺服式：輸出轉矩較小，只能帶動較小負載（一般使用永磁式、混合式步進電機）。

六款步進電機驅動芯片

1.L6258EX

意法半導體（ST）公司產，芯片相對較老，最大16細分。

控制接口：并口。

優點：驅動電流大。

缺點：芯片較老，有停產可能；電路稍微復雜；程序控制稍微復雜。

2.A4988

ALLEGRO公司產，此公司做步進電機驅動IC還是挺出名的，小封裝居多，如QFN/LQFP；在小儀器、功率要求不大可以使用。A4988官方手冊介紹驅動電流可以達到2A，但實際使用中，以24V供電，1A電流已經非常燙，如果達到2A電流，估計要很好的散熱系統。A4988支持2、4、8、16細分。

控制接口：step/direction

優點：電路簡單；控制簡單；價格便宜。

缺點：測試使用過程，總是莫名其妙燒芯片，未根本找到問題，后面產品沒有再使用；驅動電流小，適合42以下的步進電機。

3.DRV8825

德州儀器（TI）公司產，模擬器件霸主，電機系列（步進電機、有刷電機、無刷電機等）芯片很多，還是不錯。DRV8825總體性能和A4988差不多，細分支持2、4、8、16、32細分。可能跟布線或者程序控制有關，噪聲非常大，后面產品也沒有使用。

控制接口：step/direction

優點：電路簡單，程序控制簡單。

缺點：驅動電流小，噪聲比較大（可能跟PCB布線有關）。

4.TMC246/TMC249

TRINAMIC公司產，德國公司，專門做電機驅動芯片，德國佬的東西真心好。246是內置mos管，249外置mos管，兩者控制程序完全兼容，只是電路差異比較大。要求高的地方可以考慮，價格比較貴，同類驅動芯片算是最高的，當然性能也基本是，至于好不好用，誰用誰知道！

控制接口：SPI

優點：電路簡單；程序控制簡單；效率高非常高，246內置mos管，發熱量小；249外置mos管可驅動大電流電機；噪聲低，運動平滑。

缺點：價格貴；布線要求高，硬件工程師設計都是設計4層板；

5.TMC260/TMC2660/TMC262

TRINAMIC公司產，該公司的新出的系列型號，各方面性能都有提高，如驅動電流更大，細分更高，最大支持256細分（不過這么高細分普通場合使用意義不大）等。如果用TMC系列建議用TMC2660，價格相對便宜；需要大功率的用TMC262，此款外置mos管，控制程序完全兼容。

控制接口：step/direction及spi，可以只用spi，相關配置參數只能用spi。鄙人的使用方法是控制電機用step/direction，參數配置用spi總線。

優點：驅動電流大，運動平滑（但感覺沒有TMC246和249好，可能布線問題？），價格居然比246和249要便宜些。

缺點：價格貴，布線稍微麻煩。

6.L6470

意法半導體（ST）產，ST新產品。本人沒有用過，同事有在測試用，從手冊看，比較強大，大電流（峰值電流7A）、內置速度曲線、硬件原點位等，感興趣的可以去測試。