本期我們對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理、五線的步進(jìn)電機(jī)和四線的步進(jìn)電機(jī)、2-2相勵(lì)磁和1-2相勵(lì)磁、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方案、拓爾微TMI8150B細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹，共分為5個(gè)知識(shí)點(diǎn)，全是技術(shù)干貨，趕緊get下來(lái)~

?get 1：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

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

步進(jìn)減速電機(jī)

?get 2：五線的步進(jìn)電機(jī)VS四線的步進(jìn)電機(jī)

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)里用到的步進(jìn)減速電機(jī)分為兩種，最常見(jiàn)的是五根線的步進(jìn)電機(jī)和四根線的步進(jìn)電機(jī)。下圖為五線步進(jìn)減速電機(jī)外形圖及接線示意圖，五線電機(jī)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(jī)內(nèi)部的兩個(gè)線圈的中間抽頭引出，并短接在一起。

五線步進(jìn)減速電機(jī)外形圖

四線步進(jìn)減速電機(jī)接線示意圖

四線的步進(jìn)電機(jī)，廠家一般會(huì)在規(guī)格書上推薦用2-2相勵(lì)磁的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；而五線的步進(jìn)電機(jī)則會(huì)建議使用1-2相勵(lì)磁的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，接下來(lái)就詳細(xì)談?wù)勥@兩種驅(qū)動(dòng)方式~

?get 3：2-2相勵(lì)磁 VS 1-2相勵(lì)磁

每一步都是兩個(gè)線圈同時(shí)勵(lì)磁，故被稱為2-2相勵(lì)磁。線圈磁場(chǎng)方向也就是電機(jī)受力方向與電流方向存在固定的角度對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此電機(jī)的受力方向可以轉(zhuǎn)換成電流矢量合成圖來(lái)表示（見(jiàn)下圖）。該圖展示的是一個(gè)電氣周期/驅(qū)動(dòng)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(gè)不同方向分量的力矩。

2-2相勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)的勵(lì)磁順序表 / 電流矢量合成圖

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

再下一步，A相電流由正變負(fù)，電流合成矢量指向了STEP2，電機(jī)轉(zhuǎn)子也被吸引至STEP2方向上，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)步距角。

再下一步，A相電流保持負(fù)，B相電流由正變負(fù)，電流合成矢量指向STEP3，電機(jī)轉(zhuǎn)子被吸引至STEP3方向上，電機(jī)再次轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(dòng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)4個(gè)步距角之后，又會(huì)回到STEP1的方向上，整個(gè)電氣周期共4步，被稱為四拍驅(qū)動(dòng)。

下圖為2-2相勵(lì)磁的實(shí)測(cè)波形，可以看出線圈電流是正負(fù)交替變化的。

2-2相勵(lì)磁的實(shí)測(cè)波形

1-2相勵(lì)磁相較2-2相勵(lì)磁，多了單個(gè)線圈獨(dú)立勵(lì)磁，因此被稱為1-2相勵(lì)磁。

下圖是1-2相勵(lì)磁的勵(lì)磁順序表，對(duì)于五線的步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)線圈結(jié)構(gòu)會(huì)有些許差異，但驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的核心原則是不變的，原本一個(gè)可以產(chǎn)生兩個(gè)相反方向磁場(chǎng)的線圈被拆分成了兩個(gè)單極性線圈，分別產(chǎn)生兩個(gè)方向的磁場(chǎng)。

通過(guò)控制四個(gè)線圈的電流通斷，來(lái)控制電流合成矢量的方向，讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種驅(qū)動(dòng)方式下，一個(gè)電氣周期共八拍，也被稱為八拍驅(qū)動(dòng)。

1-2相勵(lì)磁的勵(lì)磁順序表 / 電流矢量合成圖

下圖是用低側(cè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)五線步進(jìn)電機(jī)的實(shí)測(cè)波形，可以看到端口流出的電流始終只有一個(gè)方向。

低側(cè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)五線步進(jìn)電機(jī)的實(shí)測(cè)波形

看到這里，小伙伴應(yīng)該對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式有所了解了吧~接下來(lái)進(jìn)一步講述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方案——

?get 4：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方案

左圖為1-2相勵(lì)磁的電流合成矢量圖，可以看出電流合成矢量的幅值是會(huì)變化的，意味著電機(jī)的轉(zhuǎn)矩也在不斷變化，這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)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(duì)線圈電流的大小進(jìn)行控制。

右圖為改善后的1-2相勵(lì)磁電流合成矢量圖，將STEP1、3、5、7時(shí)候的A、B相電流大小，減小為原來(lái)的√2/2。通過(guò)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(gè)基礎(chǔ)上，再對(duì)步與步之間的角度進(jìn)行平均，得到更小的布局角，這就是細(xì)分驅(qū)動(dòng)。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(xì)分完美適配IPC低速驅(qū)動(dòng)需求

拓爾微TMI8150B內(nèi)置細(xì)分控制邏輯，通過(guò)精確的控制每一相電流，可以實(shí)現(xiàn)最高128細(xì)分的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，5V小電機(jī)基本適配。通過(guò)細(xì)分控制，可以減小低速下電機(jī)在每一步停留的時(shí)間，改善步進(jìn)電機(jī)的低速抖動(dòng)問(wèn)題，減小噪音的發(fā)出。

同時(shí)可以提高角度分辨率，讓步進(jìn)電機(jī)以更小的步距角轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)于常見(jiàn)的2-2相勵(lì)磁，128細(xì)分下，電機(jī)的角度分辨率提高了128倍！

以TMI8150B作為驅(qū)動(dòng)方案的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)有著更為出色的轉(zhuǎn)動(dòng)特性！左圖達(dá)林頓方案噪聲大，抖動(dòng)明顯；右圖TMI8150B方案噪音小，低抖動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平滑；（詳見(jiàn)視頻噪音對(duì)比）

通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的科普和技術(shù)原理的講解，讓大家對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)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~

審核編輯黃宇