一、概述
混合式步进电机是一种集成了反应式和永磁式两种步进电机优点的新型电机，在国外已经成为主流产品，国内目前也开始大面积的进入工业控制领域，逐步取代反应式步进电机。步进电机与伺服电机比较一个较大优势就是价格低廉，运行无累积误差，但同时也存在着高速输出转矩下降明裕退僬鸲蟮热钡悖ü际醯母镄拢梢钥朔浇缁恼庑┤钡恪?nbsp;
目前国内两相系列混合步进电机驱动器大都采用恒流斩波驱动方式,采用正弦波细分电流控制。恒流斩波驱动能很好的解决电机在锁定、低频和高频时保持输出额定转矩，因此应用较为广泛；采用正弦波细分电流控制技术，可以大幅度改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制震荡，降低噪音，同时也提高了步距分辨率。
二、电机驱动原理
混合式步进电机驱动器的控制原理如图1所示，包括信号输入、逻辑控制、驱动输出、反馈电路等。脉冲、方向等信号通过光隔离电路进入控制芯片，具有隔离电路的驱动器可很好的解决外界干扰信号进入电路内部，在运行环境比较复杂的加工场合也可以正常使用；反馈电路生成的PWM信号经控制芯片处理后产生最终的功率管开关控制信号，实现了斩波驱动。保护电路能及时将过压、过流等故障信号输入到控制芯片进行处理，迅速关断功率管，保证驱动器不被损坏。
三、电流矢量细分驱动原理
通过两相混合步进电机两个线圈的电流相位差90°，如果分别输入相位差90°的正弦波形，可实现细分驱动。如图2所示，通过线圈的空间矢量电流ia,ib随角度变化时，其合成的电流矢量幅值恒定，且也随着变化相应的角度。这样采用细分后，各相电流阶梯变化，并按照正弦和余弦规律变化，使合成的电流矢量恒幅均匀旋转，电机就可以实现恒力矩、均匀步距角细分驱动。如果对绕组电流细分划分的足够细，可实现较精确的微步控制。
四、CPLD系统
（一） CPLD硬件电路设计
驱动器硬件电路控制流程如下图3，上电后CPLD先将方向信号和细分设置读入，将各引脚进行初始化。驱动器通过采样电阻检测到的实际电流与给定的电流进行比较，形成的斩波信号送回到CPLD芯片中处理，再通过功率驱动接口电路控制功率器件的通断，这样实际电流就随着给定电流的有规律的变化。
1，光耦隔离电路
驱动器工作时，为了减少外部信号干扰对内部电路的干扰，通常采用光耦隔离输入的办法。按照输入信号频率的不同，我们采用HCPL-2531光隔离耦合器，2531具有1MBit/s的转换能力,完全满足脉冲信号输入频率,用光敏三极管的导通特性及输出端上拉电阻,使得输出与输入同电平，硬件电路如图4。
2， 功率驱动电路
集成功率芯片具有合理的内部设计和复合保护电路，可以增加工作的可靠性，而且电路布局合理，外围电路简单，可外加散热片解决散热问题。设计者可按需求选择不同的集成芯片。IR公司的IR2110驱动芯片，兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，其高端工作电压可达500V，静态功耗小；输出端电压范围10-20V；逻辑电源电压范围5-15V，逻辑信号可兼容3.3V，可方便与TTL、CMOS电平匹配；工作频率可达500KHz；开关延时小，图腾柱输出峰值电流为2A；典型应用电路如图5。
图5 IR2110典型应用
IR2110的诸多优点，给电路设计带来极大的方便，特别是高压侧自举悬浮驱动原理，可以实现只用一组电源供电。
（二） VHDL语言编程仿真
目前比较常用的EDA软件是MAXPLUSII或者QuartusII仿真编程软件,其编程输入形式有多种,直接应用VHDL语言比较普遍。两相混合式步进电机必须采用双极性电源供电，电机相绕组中有时要通正向电流，有时需要反相电流，既采用H桥驱动。把步进指令脉冲按一定的逻辑分配给步进电机各相， 是步进电机按要求运行的关键所在。图5为经QuartusII仿真后的两相励磁状态输出。
图6 两相绕组励磁电压波形
基于CPLD的两相步进电机控制器具有设计灵活方便、通用性强和性能可靠的突出特点。经测试,它能很好的控制两相步进电机。
五、产品系列
乐创自动化技术有限公司生产的DMD系列两相混合步进驱动器有DMD402，DMD402A，DMD403，DMD403A，DMD808，DMD808A等多种型号，输出电流范围0.25A-7.7A，驱动电压范围24V-90V，适合驱动42mm、56mm、86mm等机座号的两相或四相混合式步进电机。其主要性能有：
（1）双极恒流斩波方式，斩波频率20K；
（2）光电隔离信号输入；
（3）输入信号TTL兼容；
（4）可自动半流功能；
（5）电流及细分设定方便，细分数最高可达256；
（6）部分型号具有单、双脉冲选择输入方式；
（7）脱机功能；
（8）过流、过压保护；
（9）通用的外观，便于安装使用；
（10）低噪音、效率高、震动小、运行性能良好。
A系列驱动器是采用CPLD技术控制，具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高、功能强大等优势。另外，CPLD引脚资源丰富、使用灵活，可将外部分立的数字芯片功能集成到CPLD内部中，不但优化了电路，同时降低了分立器件带来的干扰问题，电机震动和噪音明显减小，也便于调试和维护。纳秒级的处理速度在高速控制中有明显的优势，电机运行平稳、噪音很小；同时也提高了驱动器的可靠性，在外部故障信号触发时，处理器可快速做出响应，以保护驱动器的安全。
六、总结
乐创自动化技术有限公司研制的两相混合式步进电机驱动器具有技术先进、功能齐全、可靠性高等优点，广泛应用于数控机床、专用焊接设备、小型雕刻机、激光打标机、气动打标机、激光切割机、机械手、点胶机等领域。
