医疗设备用步进电机
最近，我设计的几乎所有医疗设备都需要步进电机。在如此频繁地使用这些电动机之后，我想分享一下我对医疗设备步进电动机，不同类型的步进电动机配置以及如何正确驱动步进电动机所学到的知识。
什么是步进电机?
步进电动机是无刷直流电动机每电步移动特定数量的物理度。在大多数数据手册中，这被定义为步进角。它定义了特定型号电动机的旋转分辨率。与传统电动机相比，步进电动机的一个便利特性是它们能够沿任一方向以可变速度运动，然后完全停止并在不确定的时间内保持具有适当高扭矩的位置(允许发热量)。这被定义为保持转矩，它是当绕组在额定电流下通电且转子静止时，使电机移动一级所需的转矩量。步进电机可以使用开环运动控制。这意味着控制器会跟踪其已执行的步数，并知道电机旋转的位置(以度为单位)。
步进电机驱动器配置
步进电机通常采用两种电机绕组配置。在选择适合您的应用程序的配置之前，您应该了解两者之间的基本区别。在选择如何驱动电动机时，此选择很重要。
第一种配置类型是单极电动机。单极步进电机的绕组每相带有一个中心抽头(见图1)，这使得它们特别易于控制。每个绕组的中心抽头可能是两个相共有的。每个绕组的外部两端可以用一个晶体管控制。对于最简单的单极驱动器，双向运动仅需要四个晶体管。识别单极电动机的最简单方法是，根据中心抽头是否已内部连接，它们通常具有五根或六根引线。不利的一面是，在每个步骤中，每个相的一半都断电。这意味着单极电机通常比双极电机更大，重量也更大。
最受欢迎的配置是双极电机。双极步进电机每相只有一个绕组(见图1)。绕组中的电流需要反转，以便反转运动方向。为了实现双向运动，需要每相完整的H桥来驱动双极电机。使用双极步进电机的真正好处是与单极电机相比，它们的效率得到了提高。整个绕组在运动过程中通电，从而转化为体积更小，重量更轻的电动机，可以产生令人惊讶的扭矩。识别双极步进电机最简单的方法是将具有四根引线，每相两根，并且不通用。
专家提示：如果忽略中心抽头，则可以将单极电动机用作双极电动机。如果仅在单极配置中可以使用特定设计的电动机，这可能会派上用场。
步进电机驱动信号
通常，三种类型的驱动信号用于控制步进电机的运动。每种驱动器类型都增加了复杂性，但增加了其他功能和选项。
波形驱动器一次只能激励一个相。波形驱动器很容易通过基本硬件实现，但很少使用。由于一次只给一个线圈通电，因此扭矩大大降低。
全步驱动类似于波形驱动，但两个阶段始终处于接通状态。这导致施加到电机的最大额定转矩。全步驱动中的定时序列还可以促进平稳旋转，因为下一阶段不是突然通电，而是在旋转过程中平稳引入。
图2：波形驱动器与全步进驱动器
微步进/正弦波通常由集成的步进电机驱动器实现，以产生接近正弦波的线圈电流。正弦波在要求平稳运行的系统中很流行，正弦波可降低电动机噪声(傅立叶变换)。由于集成电路(IC)通常使用反馈控制回路监视和控制电流，因此通常需要附加电路。
步进电机驱动电路
用于驱动步进电机的最常用的方法包括简单的恒定电压或L / R(大号 指 电 电感和 - [R代表 电 电阻)驱动器，一个斩波驱动或正弦波/微步进驱动器。
L / R驱动器电路使用恒定电压来驱动每个线圈。在L / R电路中，线圈的时间常数限制了可提供给线圈的最大电流量，该电流由线圈的电感和电阻之间的关系决定。为了最大化电动机转矩，电流也必须最大化。为了在L / R电路中实现这一点，通常使用较大的驱动电压来抵消电感。如今，这种驱动方法已不再流行，因为我们可以使用现代开关技术以更少的热量产生更高的扭矩。
第二种也是更常见的驱动方法是集成斩波器。斩波器试图通过在线圈上施加高电压并在电流达到设定阈值后将其斩波来克服线圈电感。使用感测电阻器和反馈环路，对输入电压进行斩波，以便在每个线圈中获得所需的电流。这种驱动器设计的主要好处是能够克服电感来缩短电流上升时间，但是一旦完成该步骤就不会过度消耗能量。使用斩波器的缺点是，它需要额外的电子设备来感应电流，需要高压电源并需要开关控制。但是，使用步进电机驱动集成电路可以解决所有这些问题。
步进电机集成驱动器
一旦选择了适合其机械要求的步进电动机，下一步就是使电动机旋转。通过选择现成的步进电机驱动器IC或开发板，比以往任何时候都更容易使电机运行。这些板卡中的许多板卡都提供了功能，例如电流反馈，内置的加速配置文件，甚至用于更复杂的运动控制的板上路径规划。
我希望您发现此信息对您有所帮助，并且对医疗设备步进电机及其驱动方式有了更好的了解。
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