基于TB67S109A电机驱动器的步进电机设计

一、作品简介

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

此次作品主要采用TB67S109A电机驱动器。TB67S109A是一种配备PWM斩波器的两相双极步进电机驱动器，内置时钟解码器。特点有以下几点：

1、能够控制一台双极步进电机

2、能够用PWM来控制恒流驱动

3、允许全步，半步，四分之一，1/8，1/16，1/32步运行。

4、错误检测(TSD/ISD)信号输出功能。

5、内置错误检测电路(热关断(TSD)，过电流关断(ISD)，以及上电复位(POR)

5、可通过外电阻与电容自定义电机的斩波频率。

三、系统设计

备注：步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。

四、原理图

4.1 TB67S109A驱动电路

备注：步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一个步距角。也就是说步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数，就可以对电机精确定位。

4.2 逻辑电路

备注：如上图所示，这是一个由74HC123D构成的双重可再触发的单稳态多谐振荡器，它的功能是在没有接收到脉冲信号时候自动将驱动电流降为一半。而M0、M1、M2的作用是选择细分。

4.3 电源电路

备注：由于单片机工作在5V，而步进电机的工作电压为几十V，所以需要XL1509对电源进行稳压至5V，给单片机供给电压。

五、材料清单(BOM表)主要物料

主要的元器件物料。

六、PCB实物图

七、总结

在此次电子制作中，发现了一些步进电机需要特别注意的事项，在这里提出来给大家参考参考：

1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，(0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度)间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低;

2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大;

3、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一是电机不失步，二是可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度;

4、应遵循先选电机后选驱动的原则。