我們在上一篇文章以最常見的兩相8極50齒1.8°步距角的混合式步進電機為例講解了步進電機的結構和轉動機理，這篇我們來講講步進電機的驅動模式。

兩相步進電機，根據兩相電流的通斷、大小可以分為：單相勵磁全步驅動、雙相勵磁全步驅動、混合勵磁半步驅動，以及細分驅動模式。

（1）單相勵磁全步驅動

其實我們上一篇文章演示步進電機驅動原理就是以單相勵磁全步驅動模式為案例的，大家可以點擊聯系查看。在這種模式下，A相和B相交替通電，帶動轉子轉動，兩相通電的模式如下：

注：A表示A相繞組正向通電，A-表示A相繞組反向通電，B繞組亦然。

（2）混合勵磁半步驅動

在上面單相勵磁全步驅動的模式下，我們在每兩步中間插入一個過渡步驟——在接通下一個繞組的同時保持上一個繞組通電(表格中標綠的步驟），那么勵磁的模式就變成了如下情形：

兩相同時通電時，相當于在原本單相通電的平衡位置中插入了一個新的平衡位置，而根據受力平衡分析，這個新的平衡位置就在原來兩個連續平衡位置的正中間，從而創造了一個“半步”。以A>AB>B這個步驟舉例分析轉子平衡位置，如圖1-3所示，定子1、3、5、7極為A相，2、4、6、8極為B相。

圖1 A相通電轉子平衡位置

圖2 A、B相同時通電轉子平衡位置

圖3 B相通電轉子平衡位置

可以看到，原本A>B過程，轉子轉動了1/4齒，也就是1.8°，這是全步驅動的情況，在其中插入一步變成A>AB>B后，轉子一步轉動了1/8齒0.9°，這就是單雙相混合勵磁半步驅動的情形。

（3）雙相勵磁全步驅動

緊接上文，我們可以看到在半步驅動模式下，勵磁順序是單相雙相輪流驅動的，假如我們將其中單相勵磁的步驟全步刪除惠怎么樣呢？顯然勵磁順序變成了AB>BA->A-B->B-A>AB，如下表所示：

由于單相通電的平衡位置全部去掉，只剩下雙相通電的平衡位置，那么步長重新變為1.8°，平衡位置在原來單相勵磁的基礎上向轉動方向移動了1/8個齒即0.9°。

我們在上一篇視頻中展示了電機低頻轉動時轉子齒跟定子齒的位置關系，在展示1.8°步長（全步驅動）時，細心的觀眾可能會發現轉子齒和定子齒并沒有完全對齊的時刻（參考圖4），而在0.9°步長時，轉子和定子齒是有完美對齊的時刻的，其原因就在于目前主流的全步驅動都是采用的雙相勵磁的方式。

圖4. 全步驅動(左）時轉子齒和定子齒錯開0.9°而半步驅動（右）時則能對齊

（4）細分驅動

從上文中半步驅動的情形中可以看出，通過在兩個單相勵磁的步驟中間插入一個兩相勵磁（同等電流），就可以產生一個正好恰好位于中間的平衡位置，從而將步長一分為二變成0.9°。那么如果我們進一步調整兩相的電流大小，理論上可以產生任意的角度分割，而這就是細分的原理。對于50齒的轉子，其實是50對NS極交替排布，每對相鄰的NS齒所占的機械角度是7.2°，對映的電角度是360°，那么對于單相勵磁驅動，每次換相轉動的1.8°對應的是90°電角度，因此A、B兩相的電流相位偏差正好是90度。

在一個步距角1.8°的跨度內，調節兩相電流的大小是如何對步長進行細分的，可以參考圖5的示意。

圖5 兩相步進電機一個步距角內的細分原理示意圖

要讓轉子在一個步距角內的任意角度平衡，只需要轉子受到兩相繞組的力矩相等即可，即TA=TB

而TA=C*KiA*sinθ

TB=C*KiB*cosθ

要TA=TB,只需要iA=Icosθ，iB=Isinθ即可，其中I為輸入電流。

因此，若要進行二倍的細分，即步長為0.9°，相應的θ為45°，那么此時iA=iB=0.71*I。

若要進行4倍細分，相應的θ為22.5°，那么iA=0.92*I，iB=0.38*I。

以此類推。

而單相勵磁驅動的情形其實也可以看成一種特殊的細分，即θ=0時的細分，這時iA=I，iB=0

以4倍細分為例，一個步距角內，位移角度和A、B兩相的電流大小可以總結為下表：

按照這種方式，可以繼續8倍細分、16倍細分，常見的驅動器可以做到256倍細分，也就是每步1.8°/256=0.007°。

以上說明了細分驅動的原理，下面我們說一下細分驅動有哪些作用。

首先細分可以顯著降低振動和噪音。由于經過細分后電流變化相對平滑，避免了整步驅動時磁場的劇烈變化，從而大大減少了電機的振動和運行噪音。這是細分驅動最突出的優點。在低速運行時，細分驅動可以將一個大的整步細分成小步，從而減小了運動的頓挫感，是低速運動更平滑。

其次，細分可以減少共振現象。步進電機在整步或者半步運行時，在某些速度下容易產生共振，導致失步或噪音。細分驅動平滑了運動，有效抑制了共振。

最后，細分可以提高步距分辨率。實現了比電機固有步距角小得多的步進，運動更平滑。

那么增加了細分度是否意味著更高的精度呢？答案是否定的，因為步進電機的精度始終由其機械結構決定（例如1.8°±5%），無法由細分繼續提高精度。細分操作只是一種插值操作，通過電流大小的控制將固有的步距角進行人為的劃分，而這種劃分并不能提高精度。打個比方，步進電機固有的步距角就像一個個等距的大臺階，人在登臺階的過程中每一步都要費力攀爬，身體的振動比較大。而細分的作用就像我們在大臺階中間又墊了一些小階梯，把臺階分成了更小的臺階，這樣人在登臺階的過程中每步步幅變小，身體振動也減小了，運動也更加連貫了，然而這些小臺階并不能準確定位，只有踏上原本臺階面時才有準確的定位（圖6）。

圖6 爬臺階的比喻，整步驅動（左）和細分驅動（右）

本篇講解了步進電機主流的驅動模式以及細分驅動的原理，后面我們再找機會講一講控制步進電機各相電流大小、通斷的核心——驅動器的原理。

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