步进电机H桥驱动电路设计

中心论题：

• H桥功率驱动电路适用于要求双极性电源供电的电机驱动
• 简介步进电机H桥驱动电路设计原理
• 实际电路设计中要注意的问题：驱动电流前后沿的改善和电路的保护功能

解决方案：

• 提高电压电源以改进步进电机的频率特性
• 利用集电极开路器件U14改善驱动电路的前后沿
• 用反并联二极管提供续流通路和遏制反向电流，保证电路的正常工作
• 另加逻辑延时电路避免晶体管直通导致的电源短路

H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动。永磁步进电机或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用H桥驱动。本文以两相混合式步进电机驱动器为例来设计H桥驱动电路。

电路原理
图1给出了H桥驱动电路与步进电机AB相绕组连接的电路框图。

4个开关K1和K4，K2和K3分别受控制信号a，b的控制，当控制信号使开关K1，K4合上，K2，K3断开时，电流在线圈中的流向如图1(a)，当控制信号使开关K2，K3合上，K1，K4断开时，电流在线圈中的流向如图1(b)所示。4个二极管VD1，VD2，VD3，VD4为续流二极管，它们所起的作用是：以图1(a)为例，当K1，K4开关受控制由闭合转向断开时，由于此时线圈绕组AB上的电流不能突变，仍需按原电流方向流动(即A→B)，此时由VD3，VD2来提供回路。因此，电流在K1，K4关断的瞬间由地→VD3→线圈绕组AB→VD2→电源+Vs形成续流回路。同理，在图1(b)中，当开关K2，K3关断的瞬间，由二极管VD4，VD1提供线圈绕组的续流，电流回路为地→VD4→线圈绕组BA→VD1→电源+Vs。步进电机驱动器中，实现上述开关功能的
元件在实际电路中常采用功率MOSFET管。

由步进电机H桥驱动电路原理可知，电流在绕组中流动是两个完全相反的方向。推动级的信号逻辑应使对角线晶体管不能同时导通，以免造成高低压管的直通。

另外，步进电机的绕组是感性负载，在通电时，随着电机运行频率的升高，而过渡的时间常不变，使得绕组电流还没来得及达到稳态值又被切断，平均电流变小，输出力矩下降，当驱动频率高到一定的时候将产生堵转或失步现象。因此，步进电机的驱动除了电机的设计尽量地减少绕组电感量外，还要对驱动电源采取措施，也就是提高导通相电流的前后沿陡度以提高电机运行的性能。

步进电机的缺陷是高频出力不足，低频振荡，步进电机的性能除电机自身固有的性能外，驱动器的驱动电源也直接影响电机的特性。要想改善步进电机的频率特性，就必须提高电源电压。