本文分析了步进电机三种驱动方式的优缺点

众所周知，步进电机的驱动方式包括整步、半步和细分驱动。三者既有区别又有联系。目前市场上很多驱动都支持细分驱动模式。

众所周知，步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，在数字控制系统中常被用作执行元件。当步进驱动器接收到脉冲信号时，它驱动步进电机在设定的方向上旋转一个固定的角度(这个角度称为距离角)。

正常运动下，每转有固定步数；连续步进时，转速与输入脉冲频率保持严格对应，不受电压波动和负载变化的影响。本文将带领您详细了解步进电机全步驱动、半步驱动和细分驱动的工作原理和优缺点。

　　步进电机的驱动方式

下图是两相步进电机内部定子的示意图。为了使电机的转子连续平稳地旋转，定子必须产生连续平均的磁场。宏观上，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。如果定子合成的磁场变化太快，转子跟不上，步进电机就会失步。

由于电机转子跟随电机定子磁场旋转，电机定子磁场的强度和方向由定子复合电流决定，并与其成比例。即只要控制电机的定子电流，就可以达到驱动电机的目的。下图是两相步进电机电流合成示意图。Ia由A-A '相产生，Ib由B-B '相产生。它们两个组合产生的电流I就是电机定子的组合电流，可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。

基于以上对步进电机的背景描述，步进电机的三种驱动方式，即整步、半步和细分，都是相同的方法，但一个圆(360)除以电流的厚度是不同的。

　　1、整步驱动

对于全步驱动模式，电机走一整步。比如步进角为3.6的步进电机，整步驱动每走一步就要走3.6。

下图是电机定子在全步驱动模式下的电流顺序示意图：

从上图可以看出，整步驱动每次只有一相通电，因此这种驱动方式的驱动电路可以非常简单，程序代码也相对容易实现，从上图可以得到电机整步驱动的相序如下：

BB'A'AB'BAA'BB '

下图是该驱动模式的当前矢量分割图：

可以看出，全步驱动模式的电流矢量将一个圆等分为四个。

下图是全步驱动模式下a相和b相的电流I-T图：

总结：

可以看出，全步进驱动的缺点是正弦波比较粗糙。这样驱动步进电机，电机低速抖动，噪音比较大。但是这种驱动方式的优点是硬件和软件相对简单，可以很容易的控制驱动器的制造成本。

　　2、半步驱动

对于半步驱动模式，电机走半步。例如，对于步进角度为3.6的步进电机，半步驱动每走一步需要1.8(3.6/2)。

下图是电机定子在半步驱动模式下的电流顺序示意图：

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　　由上图可见，半步驱动方式的比整步驱动方式相对复杂一些，在同一时刻，可能两个相都需要被通电，如果要求电机转动的力矩平稳，则需要在两相同时通电时，通电电流应该为单相通电电流的sin（45°），即√2/2。当然，可以直接通以和单相通电流相等的电流，结果是电机转动过程中的力矩不恒定，但它带来的好处是驱动电路或软件编写的简化。

　　以下是这种的驱动方式的驱动相序：

　　BB’→BB’ A’A→A’A→B’B A’A→ B’B→B’B AA’→AA’→ AA’ BB’

　　如果需要反转，只需按以上相序的逆向进行通电即可。

　　当按以上相序对电机通电，产生的电流矢量则可以把一个圆分割成8份，如下图所示：

　　半步驱动一方面使电机的步进分辨率提高了一倍，且电机运转会更为平稳。

　　对比地，半步驱动方式的两相电流图如下图所示：

　　总结：

　　由上图看出，半步驱动方式的优点：描出的正弦波较之整步驱动方式，有了改观，提高了精度。这样的好处是在无需更改电机的情况下，电机的步进角分辨率提高了一倍，且电机运行相对安静一些。

　　3、细分驱动

　　如下图，可以看出某种规律：

　　看上图，电流矢量分割圆越来越稠密，如上图的c。这是4细分驱动的分割图，从宏观上可想象，电机转子走一步的角度将会随着细分数的增加而减小，电机转动也越来越平稳、安静。从某种意义上，整步和半步驱动也是细分驱动的一样，它们的关系就如正方形和长方形的关系。

　　上图是4细分驱动方式的两相电流图，由图看出，这时每相电流的曲线较半步驱动时的电流曲线更加细腻。

　　电流细分是细分驱动的其中一种方法，恒流的实现常用斩波驱动，给定的电流是以正弦波分布。另一种为电压细分，这种方法是比正弦波的电压驱动电机的线圈，可以不需要反馈地实现电机的细分驱动，但是由于电机的反电势等的作用，正弦波电压驱动并不能产生正弦波的电流，效果没有电流细分好，但是它的驱动电路相对简单。

　　总结：

　　细分可以提高电机的步进角分辨率，但是，这并不是细分驱动的初衷，而是为了减缓步进电机运转过程的震动和噪声，使电机的力矩输出更平稳。这有点像数码相机的光学变焦和数字变焦的关系，提高步进系统分辨率好依靠电机本身和机械结构。

　　在工程应用中，电机的细分数可能不同，在低速时，可增大细分数，当速度增加时，减少细分数。