簡介

步進(jìn)電機、直流電機和無刷直流電機的主要區(qū)別在于它們的驅(qū)動方式。步進(jìn)電機是以步階方式分段移動，直流電機和無刷直流電機通常則采用連續(xù)移動的模擬控制方式。由于步進(jìn)電機采用步階移動，所以特別適合絕對尋址應(yīng)用，目前市場上常見的步進(jìn)電機已能提供每一步1.8°或0.9°的精確移動能力。步進(jìn)電機采用直接控制方式，它的主要命令和控制變量都是步階位置 (step position)；相形之下，直流電機則是以電機電壓做為控制變量，以位置或速度做為命令變量。直流電機需要反饋控制系統(tǒng)，它會以間接方式控制電機位置，步進(jìn)電機系統(tǒng)多半則是以「開環(huán)」方式進(jìn)行操作。

步進(jìn)電機

步進(jìn)電機可以根據(jù)電機結(jié)構(gòu)、驅(qū)動架構(gòu)和步進(jìn)方式來分類。步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)有好幾種，包括可變磁阻 (variable reluctance)、永磁和混合式永磁 (hybrid permanent magnet)，永磁步進(jìn)電機的成本很低，多半用于價格低廉的消費性產(chǎn)品?；旌鲜讲竭M(jìn)電機的價格略高，是工業(yè)移動控制應(yīng)用最常見的電機。可變磁阻電機通常有3或5個相位，需要采用不同的驅(qū)動電路架構(gòu)。

單極性 (unipolar) 和雙極性 (bipolar) 是步進(jìn)電機最常采用的兩種驅(qū)動架構(gòu)。單極性驅(qū)動電路使用四顆晶體管來驅(qū)動步進(jìn)電機的兩組相位，電機結(jié)構(gòu)則如圖1所示包含兩組帶有中間抽頭的線圈，整個電機共有六條線與外界連接。這類電機有時又稱為四相電機，但這種稱呼容易令人混淆又不正確，因為它其實只有兩個相位，精確的說法應(yīng)是雙相位六線式步進(jìn)電機。六線式步進(jìn)電機雖又稱為單極性步進(jìn)電機，實際上卻能同時使用單極性或雙極性驅(qū)動電路。

圖1：單極性步進(jìn)電機驅(qū)動電路

雙極性步進(jìn)電機的驅(qū)動電路則如圖2所示，它會使用八顆晶體管來驅(qū)動兩組相位。雙極性驅(qū)動電路可以同時驅(qū)動四線式或六線式步進(jìn)電機，雖然四線式電機只能使用雙極性驅(qū)動電路，它卻能大幅降低量產(chǎn)型應(yīng)用的成本。雙極性步進(jìn)電機驅(qū)動電路的晶體管數(shù)目是單極性驅(qū)動電路的兩倍，其中四顆下端晶體管通常是由微控制器直接驅(qū)動，上端晶體管則需要成本較高的上端驅(qū)動電路。雙極性驅(qū)動電路的晶體管只需承受電機電壓，所以它不像單極性驅(qū)動電路一樣需要箝位電路。

圖2：雙極性步進(jìn)電機驅(qū)動電路

直流和無刷直流電機

直流電機是最常見和成本最低的小型電機，并且廣泛用于各種應(yīng)用。無刷直流電機宣稱能提供更高可靠性以及更低噪聲和成本，然而到目前為止，它卻只能在磁盤或計算機風(fēng)扇等少數(shù)量產(chǎn)應(yīng)用中取代傳統(tǒng)直流電機。在某些應(yīng)用里，無刷直流電機有多項優(yōu)點勝過傳統(tǒng)電刷電機，例如它以電子組件和傳感器取代電刷，不但延長電機壽命和減少維護(hù)成本，而且也沒有電刷產(chǎn)生的噪音。直流電機的特性使它成為調(diào)速系統(tǒng)最容易使用的電機。直流電機的硬件電路架構(gòu)如圖3所示。

選擇正確的電機控制組件

為電機控制等特定應(yīng)用選擇組件時，必須先了解這些組件的功能特色，然后在應(yīng)用中充份發(fā)揮它們的各項優(yōu)點。步進(jìn)、直流和無刷直流電機通常是由提供有限控制功能的專用組件來控制，這些組件大都只有簡單的微處理器界面，系統(tǒng)效能因此受到很大限制。