拓爾微技術(shù)干貨?| 細分驅(qū)動技術(shù)介紹，內(nèi)含5個知識點

本期我們對步進電機驅(qū)動原理、五線的步進電機和四線的步進電機、2-2相勵磁和1-2相勵磁、步進電機驅(qū)動的優(yōu)化方案、拓爾微TMI8150B細分驅(qū)動技術(shù)的原理進行詳細的介紹，共分為5個知識點，全是技術(shù)干貨，趕緊get下來~

?get 1：步進電機驅(qū)動原理

網(wǎng)絡(luò)攝像機里用到的步進電機，也被稱為步進減速電機。內(nèi)部帶有減速機構(gòu)，由于減速齒輪的存在，電機轉(zhuǎn)速一般不高，但扭矩卻得到了提升。適用于對轉(zhuǎn)速要求不高，但整體結(jié)構(gòu)負載偏大的場合，如網(wǎng)絡(luò)攝像機。

?get 2：五線的步進電機VS四線的步進電機

網(wǎng)絡(luò)攝像機里用到的步進減速電機分為兩種，最常見的是五根線的步進電機和四根線的步進電機。下圖為五線步進減速電機外形圖及接線示意圖，五線電機多出的一根線是公共電源線，接到外部的5V或者12V電源，這根線從電機內(nèi)部的兩個線圈的中間抽頭引出，并短接在一起。

四線的步進電機，廠家一般會在規(guī)格書上推薦用2-2相勵磁的方式進行驅(qū)動；而五線的步進電機則會建議使用1-2相勵磁的方式來驅(qū)動，接下來就詳細談?wù)勥@兩種驅(qū)動方式~

??get 3：2-2相勵磁 VS 1-2相勵磁

每一步都是兩個線圈同時勵磁，故被稱為2-2相勵磁。線圈磁場方向也就是電機受力方向與電流方向存在固定的角度對應(yīng)關(guān)系，因此電機的受力方向可以轉(zhuǎn)換成電流矢量合成圖來表示（見下圖）。該圖展示的是一個電氣周期/驅(qū)動周期內(nèi)電流矢量的變化情況，A相電流和B相電流分別影響兩個不同方向分量的力矩。

在初始時刻，A相電流和B相電流同時為正，電流合成矢量指向STEP1，電機的轉(zhuǎn)子被吸引至STEP1方向上；

再下一步，A相電流由正變負，電流合成矢量指向了STEP2，電機轉(zhuǎn)子也被吸引至STEP2方向上，電機就轉(zhuǎn)動了一個步距角。

再下一步，A相電流保持負，B相電流由正變負，電流合成矢量指向STEP3，電機轉(zhuǎn)子被吸引至STEP3方向上，電機再次轉(zhuǎn)動一個步距角。

以此類推，不斷的改變A、B相電流的方向，即可讓轉(zhuǎn)子持續(xù)的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動4個步距角之后，又會回到STEP1的方向上，整個電氣周期共4步，被稱為四拍驅(qū)動。?

下圖為2-2相勵磁的實測波形，可以看出線圈電流是正負交替變化的。

1-2相勵磁相較2-2相勵磁，多了單個線圈獨立勵磁，因此被稱為1-2相勵磁。?

下圖是1-2相勵磁的勵磁順序表，對于五線的步進電機，電機線圈結(jié)構(gòu)會有些許差異，但驅(qū)動步進電機的核心原則是不變的，原本一個可以產(chǎn)生兩個相反方向磁場的線圈被拆分成了兩個單極性線圈，分別產(chǎn)生兩個方向的磁場。

通過控制四個線圈的電流通斷，來控制電流合成矢量的方向，讓電機轉(zhuǎn)動。在這種驅(qū)動方式下，一個電氣周期共八拍，也被稱為八拍驅(qū)動。

下圖是用低側(cè)開關(guān)驅(qū)動五線步進電機的實測波形，可以看到端口流出的電流始終只有一個方向。

看到這里，小伙伴應(yīng)該對步進電機驅(qū)動方式有所了解了吧~接下來進一步講述步進電機驅(qū)動的優(yōu)化方案——

?get 4：步進電機驅(qū)動的優(yōu)化方案

左圖為1-2相勵磁的電流合成矢量圖，可以看出電流合成矢量的幅值是會變化的，意味著電機的轉(zhuǎn)矩也在不斷變化，這會導(dǎo)致電機運轉(zhuǎn)的不平滑。為了保證轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定，除了正確的方向之外，還需要對線圈電流的大小進行控制。

右圖為改善后的1-2相勵磁電流合成矢量圖，將STEP1、3、5、7時候的A、B相電流大小，減小為原來的√2/2。通過這種方式可以讓電流合成矢量始終位于單位圓上，保證了轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定。

假設(shè)在這個基礎(chǔ)上，再對步與步之間的角度進行平均，得到更小的布局角，這就是細分驅(qū)動。其前提就是要保證轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定和步距角的一致。

?get 5：TMI8150B ?128微細分完美適配IPC低速驅(qū)動需求

拓爾微TMI8150B內(nèi)置細分控制邏輯，通過精確的控制每一相電流，可以實現(xiàn)最高128細分的步進驅(qū)動，5V小電機基本適配。通過細分控制，可以減小低速下電機在每一步停留的時間，改善步進電機的低速抖動問題，減小噪音的發(fā)出。?

同時可以提高角度分辨率，讓步進電機以更小的步距角轉(zhuǎn)動，相對于常見的2-2相勵磁，128細分下，電機的角度分辨率提高了128倍！

以TMI8150B作為驅(qū)動方案的網(wǎng)絡(luò)攝像機，相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機有著更為出色的轉(zhuǎn)動特性！左圖達林頓方案噪聲大，抖動明顯；右圖TMI8150B方案噪音小，低抖動，運轉(zhuǎn)平滑；（詳見視頻噪音對比）

通過對知識點的科普和技術(shù)原理的講解，讓大家對步進電機驅(qū)動和細分驅(qū)動有所了解，以上就是我們本期的技術(shù)干貨介紹啦，記得做筆記哦~