二相混合式步進電機是一種混合式電機 。二相混合式步進電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。常見的定子有8個極或4個極，極面上均勻分布一定數(shù)量的小齒;極上線圈能以兩個方向通電。它的轉(zhuǎn)子也由圓周上均布一定數(shù)量小齒的兩塊齒片等組成。這兩塊齒片相互錯開半個齒距。兩塊齒片中間夾有一只軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼。顯然，同一段轉(zhuǎn)子片上的所有齒都具有相同極性，而兩塊不同段的轉(zhuǎn)子片的極性相反。

步進電機是將電脈沖信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，又稱為脈沖電機。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號時，它就可以驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”。

步進電機的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率，來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機多用于數(shù)字式計算機的外部設(shè)備，以及打印機、繪圖機和磁盤等裝置。步進電機工作時的位置和速度信號不反饋給控制系統(tǒng)，如果電機工作時的位置和速度信號反饋給控制系統(tǒng)，那么它就屬于伺服電機。相對于伺服電機，步進電機的控制相對簡單，但不適用于精度要求較高的場合。

混合式步進電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。常見的定子有8個極或4個極，極面上均勻分布一定數(shù)量的小齒;極上線圈能以兩個方向通電，形成A相和萬相，B相和B相。它的轉(zhuǎn)子也由圓周上均布一定數(shù)量小齒的兩塊齒片等組成。這兩塊齒片相互錯開半個齒距。兩塊齒片中間夾有一只軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼。顯然，同一段轉(zhuǎn)子片上的所有齒都具有相同極性，而兩塊不同段的轉(zhuǎn)子片的極性相反?；旌鲜讲竭M電機的結(jié)構(gòu)圖如圖3-1.圖3-2是四相混合式步進電機以圓周展開的剖面模型。圖3-2上圖是轉(zhuǎn)子S極所出的剖面圖，圖3-2下圖是N極剖面圖。圖3-2中，定子齒距和轉(zhuǎn)子齒距相同。先考慮磁極I和磁極IB下面的磁場。定子線圈通電后，磁極I產(chǎn)生N極，磁極m產(chǎn)生S極 。

因為N極這段的轉(zhuǎn)子齒和S極轉(zhuǎn)子齒相互錯開半個齒距，所以，僅靠定子電流磁場并不能向磁阻式電機那樣產(chǎn)生有意義的轉(zhuǎn)矩。但是，把永久磁鋼產(chǎn)生的磁場疊加上去，情況就不一樣了。因為磁極I下面的兩冷磁場相互增強，因此產(chǎn)生向左的驅(qū)動力;而磁極m下面的兩個分量相互抵消，向右的力大大削弱。再看圖3-2下圖，磁極m下面的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場方向相同，磁極I下面的磁場方向相反，最終得到向左的合力。轉(zhuǎn)子在驅(qū)動力的作用下將轉(zhuǎn)過工齒距，驅(qū)動力降為零，達到平衡位置。如果切斷磁極I、III的激磁，同時向磁極II , IV上的線圈通入電流，分別產(chǎn)生S極和N極。轉(zhuǎn)子將向左再走一步。按照特定的時序激磁，如A-B -A -B-A-"'，電機就能沿逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變激磁時序，以A-B-A-B-A-…激磁，電機將沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

在驅(qū)動步進電機時，需要進行Decay(電流衰減)控制。

Decay是一種在關(guān)斷對電機的電源供給時使電流衰減的方法，有Slow Decay(慢速衰減)和Fast Decay(快速衰減)兩種基本方法。

以下是上一篇中給出的步進電機驅(qū)動波形中的一部分。輸出電壓OUT是PWM信號，因此輸出電流是與PWM信號聯(lián)動ON/OFF的平均電流。由于驅(qū)動的是線圈，所以輸出電流的波形是鋸齒波，而不是PWM電壓輸出的方波。下圖是輸出電流的放大波形。

藍色波形是Slow Decay時的波形，由于衰減的斜率小，故電流衰減速度慢，PWM關(guān)斷期間的電流衰減也較慢。因此，在導通時達到設(shè)定電流值的時間也縮短了。

紅色是Fast Decay時的波形，由于斜率較大，因此電流衰減速度快，衰減量也很大，也因此在導通時需要花一些時間才能達到設(shè)定的電流值，周期比Slow Decay要慢。

Slow Decay和Fast Decay：方法的差異

可以通過切換電機驅(qū)動器輸出H橋來選擇衰減方法。

圖中的線圈表示步進電機的線圈A和線圈B的一個線圈。這里省略了不在H橋四個開關(guān)的內(nèi)部電流路徑中的開關(guān)。

在Slow Decay(a)中，Q1和Q4處于導通狀態(tài)。在(b)和(c)中，Q4導通，Q2導通和關(guān)斷。盡管開關(guān)的狀態(tài)不同，但由于再生電流也會經(jīng)由寄生二極管流向關(guān)斷的Q2的MOSFET，因此無論在哪種情況下，電流都以相同的方式流過。再生電流則僅是線圈中蓄積的電流流動。

(D)Fast Decay的(d)處于導通狀態(tài)，與Slow Decay的狀態(tài)相同。在(e)中，Q2和Q3導通;在(f)中，所有的MOSFET均關(guān)斷，再生電流流經(jīng)導通的Q2和Q3，也會經(jīng)由寄生二極管流過關(guān)斷的Q2和Q3，因此在這兩種情況下電流都以相同的方式流過。電流會流向電源，但由于電源電壓試圖使電流沿相反方向流動，所以電流的衰減加快。

可以根據(jù)以哪種狀態(tài)控制關(guān)斷來區(qū)分使用“Slow Decay”和“Fast Decay”。

衰減方法的差異與步進電機驅(qū)動的關(guān)系

與Fast Decay相比，Slow Decay的電流紋波更小，因此噪聲更小。另外，由于平均電流增加，所以可以增加產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。但其缺點是如果脈沖頻率變快，波形會失真，電機無法正常旋轉(zhuǎn)。

相反，F(xiàn)ast Decay在噪聲和轉(zhuǎn)矩方面雖然遜色，但對于高速脈沖頻率，則比Slow Decay更具優(yōu)勢。

什么是Mix Decay(混合衰減)?

衰減方法基本上是Slow Decay和Fast Decay，不過還有一種將它們結(jié)合起來并充分利用兩者優(yōu)點的方法，即Mix Decay。

Mix Decay是以Fast Decay開始衰減，然后是Slow Decay。這使得電流衰減比Slow Decay快，而電流紋波比Fast Decay小。這不僅可以維持大轉(zhuǎn)矩，同時還支持高速脈沖率。某些驅(qū)動器IC可以調(diào)整Slow和Fast的時間比，可優(yōu)化電流波形。