开环运动控制设备和设备通常选择步进电机和基于步进器的线性致动器。这些可以在广泛的产品和系统中找到，例如实验室设备，医疗设备，视觉系统，分析设备，办公产品，航空航天，通信系统，半导体设备和轻工业设备。

　　两种基本类型的步进驱动器

　　步进电机和基于步进的线性致动器的两种主要驱动器是L / R驱动器和斩波器驱动器。选择驱动器类型的一些标准包括：

• 　　驱动器成本
• 　　驱动器的物理尺寸和配置
• 　　可用电源
• 　　变频器的额定输出电流
• 　　运动占空比
• 　　电机总负载
• 　　电机所需转速范围

　　左/右驱动器

　　将L / R驱动器视为“恒定电压”驱动器。对于在室温环境下连续运行的电动机，必须将L / R驱动器的可用电源电压与电动机的额定线圈电压进行匹配。关于名称L / R Drive，L是电感的电气符号，R是电阻的电气符号。由于步进电动机的转矩与安匝成正比，因此通过电动机绕组的电流决定了包括零在内的任何速度下的输出性能。

　　静止时，通过绕组的最大“保持电流”电流受到线圈电阻的限制。随着步进速度(电动机速度)的增加，线圈电感与反电动势一起成为主要的限流因素(限制线圈电流的变化率)。反电动势是与旋转过程中电动机绕组内产生的速度成比例的生成电压，它与电源电压相反，因为每个电动机也是发电机。

　　与使用斩波器驱动器相比，使用左/右驱动器运行的电动机的性能范围相对有限。L / R驱动器的电源电压与电机电压之比基本上为1：1，而斩波器驱动器的电源电压与电机电压之比可以是2：1、4：1、8：1或更高的许多倍。

　　选择L / R驱动器而不是斩波驱动器的某些原因可能是驱动器成本较低，物理尺寸较小，电动机速度范围相对较慢，使用单极电动机或使用电池电源的局限性资源。手持电子移液器就是一个很好的例子，该产品利用了前面列出的许多原因，将L / R驱动器与基于步进的小型线性致动器配合使用。

　　通常，由步进电动机和基于步进的线性执行器制造商发布的L / R驱动器性能曲线是在电动机的导线上以零级每秒的速度获得的满额定电动机电压下得出的。如果驱动器电路中存在任何电压降，则将直流电源电压设置得稍高一些，以补偿驱动器中的总电压损耗。

　　斩波驱动

　　将此类型视为“恒定电流”驱动器。对于在室温环境下连续运行的电动机，请将斩波器驱动器的输出RMS(均方根)电流设置为电动机的额定RMS线圈电流。关于斩波器驱动器的名称，这种在整个可用速度范围内保持适当的电动机相电流水平的技术是通过成比例的占空比快速打开和关闭(即斩波)相对较高的电源电压，同时电路监视电源中的电流水平。电机绕组。斩波器驱动器可以是独立的独立单元，也可以与电动机集成在一起。

　　如果应用在中等温度的环境中具有相当短的占空比(即，相对于OFF的全功率ON或运行时间或较低电流的零运动保持时间)，则可以使用更高幅度的运行电流来提高电动机的运动性能;但是，在使用高于额定的运行电流时必须小心。电流水平，接通时间与保持或关断时间，环境温度以及任何电动机冷却方法(传导，对流等)将决定内部线圈的温度。如果需要很高的相电流，建议咨询电机制造商。

　　斩波器驱动器内的附加电路可感应相电流的大小并控制电压斩波，可能会增加其价格(与L / R驱动器相比)，但可在整个相对时间内帮助维持较高水平的电动机转矩或力较宽的速度范围。斩波器驱动器的电源电压通常远高于电动机的额定电压。如L / R驱动部分所述，斩波器驱动的源电压与电机电压之比通常明显高于1：1，通常为8：1甚至更高。因此，相对性能范围可以大大提高)。

　　相对较低电压的步进电动机和执行器的电感要比其额定线圈电压较高的机械等效电动机的电感小得多。为了在较宽的转速范围内具有非常好的电动机性能，选择了在斩波驱动器下以相对较高的电源电压运行的低压电动机。低压电动机的相对较低的电感和较低的反电动势特性与高电源电压斩波器驱动器可以提供出色的性能结果。这些低压电动机配置的主要要求是驱动器必须能够提供更高水平的相电流。

　　请注意，某些斩波器驱动器制造商将其产品的输出相电流水平作为峰值进行宣传;使用更大的价值通常是一种营销策略。步进电机和基于步进的线性执行器的连续相电流通常以RMS值(RMS =峰值×0.707)进行额定

　　配置和功能

　　步进驱动器可能还有其他配置和功能：

　　双极驱动器。用于运行4或8引线双极步进电机和基于步进的线性执行器。

　　单极驱动器。用于操作6或8引线单极步进器和执行器(通常为L / R型驱动器)。

　　非可编程驱动器。需要来自控制器的数字“脉冲”和“方向”输入(有些包括“输出使能”数字输入)。控制器针对每个电机步长向驱动器输出一个脉冲，并向电机的驱动器输出脉冲流，以“精确定位”精确的量。驱动器的脉冲量确定旋转或线性运动的量，脉冲序列的频率分别确定步进电机或线性致动器的旋转或线性速度。

　　可编程驱动器。这些驱动器带有微处理器，除了可以立即执行电机命令外，还可以执行各种运动控制程序。这些驱动器可以实时或在用户指定的程序控制下，在任何方向和不同速度下，几乎具有任意数量的电动机索引。大多数可编程驱动器具有一些通用(GP)数字输入/输出(I / O)，用于与其他设备通讯或控制其他设备(从而提供协调的系统运动控制)，并且还具有基于GP输入的一些条件功能，即相对电机位置和/或编码器反馈数据。

　　除标准全步模式外的半步模式。在半步模式下，驱动器可以将步进电机的每个整步以电子方式分为两半;例如，具有15°全步旋转的步进电机可以在半步模式下与驱动器一起以7.5°步角运行。1.8°步进电机可以以0.9°的半步增量运行，依此类推。类似地，可以使用半步模式将基于步进的线性致动器的线性分辨率分成两半。

　　微步进模式。微步进驱动器可以将步进电机或执行器的每个完整步长以电子方式分成比半步进更精细的离散步进角。典型的除法因子为1 / 4、1 / 8、1 / 16、1 / 32等，和/或1 / 5、1 / 10、1 / 25、1 / 50等。微型显微镜的四个主要优点步进电动机具有更高的旋转或线性分辨率，更平稳的运行，减少了可听见的动态噪声以及动态共振的减少。这些好处的折衷办法是降低电机步进精度和可重复性，尤其是在负载条件下。

　　编码器输入。有许多应用可能需要一种速度验证和/或位置验证的方法，例如某些医疗设备，气体或液体流量调节，通信设备或微电子产品。为了封闭基于步进器的系统的环路，如果电动机成功地达到了命令的步进速度和/或已经达到了所要求的步进速度，则集成的电动机安装式或负载式旋转或线性编码器可以实质上“告知”这种类型的驱动器。每一步的真实命令位置。当使用如上所述的精细微步进模式时，编码器还可以恢复电机步进精度的重大损失。

　　加速/减速斜坡。为了帮助获得相对较大的负载运动和/或获得更高的电机步进率(可能不必更改为物理上更大的电机)，加速/减速斜坡的使用通常可以与许多步进驱动器一起使用。如典型的已发布的(非斜坡)速度对转矩或速度对力性能曲线(步进电机或基于步进的执行器)所示，电动机速度越慢，输出转矩或输出力就分别越高。

　　为了受益于较低的速度，较高的作用力水平，旋转或线性运动曲线可以包括以相对较低的基本速度从静止开始的初始启动，然后立即开始逐渐上升至所需的高速，然后在减速斜坡达到最大时反转此技术。也需要。正如我们必须将重型汽车从死停加速到最高速度一样，步进电机和执行器通常会由于使用斜坡而承受相对较大的负载。为了继续进行这种类比，需要额外的动力(例如，传统车辆的发动机机械功率或电动机的动力)才能加速，然后根据负载类型的不同，维护所需的动力可能会大大减少匀速运动。图5是通过斜坡实现可能的性能优势的示例。

　　相电流“升压”功能。某些斩波器驱动器提供了一个选项，可以在任何加速和/或减速斜坡的一部分或全部过程中，设置一个升高的相电流(幅度大于连续额定电流)。通常，在斜坡期间，提升电流水平的有效时间是有限的持续时间，以防止电动机绕组过热。在加速斜坡期间增加的电流可以增加电动机的内部扭矩，从而使电动机从静止位置获得相对较大的负载。同样，在减速斜坡期间增加的电流可以帮助停止相对较大的移动负载。

　　结论

　　总之，在设计使用步进电机或基于步进器的线性致动器的运动控制设备或系统时，可能要考虑许多因素。步进驱动器是关键组件之一，其选择最好由各种因素决定，例如类型，物理尺寸，电压和电流额定值，可用的步进模式，可控制性和可编程性，斜坡和/或电流提升选项以及作为成本和交货时间。

　　取决于负载和占空比，通常可以通过正确选择驱动器类型(以及驱动器的任何可选功能)来实现步进电机或基于步进器的执行器的显着改善的性能或提高能量效率和电源。

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