一种步进电机驱动电路的制作方法

本实用新型涉及步进电机技术领域，尤其涉及一种步进电机驱动电路。

背景技术：

步进电机是利用电磁学原理，将电能转换为机械能，步进电机是一种把电脉冲信号装潢换成机械角位移的控制电机。由于器输入信号是脉冲电压，输出角位移是断续的，及每输入一个电脉冲信号，转子就前进一步，因此叫做步进电动机，也称脉冲电动机。

步进电机作为执行元件应用在各种自动化控制系统中，为了满足步进电机的工作要求，现有的步进电机通常采用h桥驱动电路驱动步进电机，通过mcu的4个io口输出pwm波来实现步进电机的两相四拍的驱动控制。然而，这种步进电机的驱动控制方式，需要占用mcu的4个io口，大量占用了mcu资源，往往使得设计者面临低成本的mcu芯片io口不够用的情况；若选用更高级别、io口更多的mcu，又会导致成本大幅上升。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够减少控制芯片io口的使用的步进电机驱动电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下所述的技术方案：

一种步进电机驱动电路，其包括有一mcu、一a相h桥驱动电路和一b相h桥驱动电路，所述mcu生成用于控制步进电机的a相线圈及b相线圈的电流方向的第一控制信号及第二控制信号，所述mcu两个io口对应输出所述第一控制信号及第二控制信号；所述a相h桥驱动电路的两个输出接口与步进电机a相线圈的两端一一对应连接，所述a相h桥驱动电路接收所述第一控制信号并根据所述第一控制信号控制步进电机的a相线圈的电流方向；所述b相h桥驱动电路的两个输出接口与步进电机b相线圈的两端一一对应连接，所述b相h桥驱动电路接收所述第二控制信号并根据所述第二控制信号控制步进电机的b相线圈的电流方向。

优选地，所述步进电机驱动电路还包括有一开关保护电路，所述开关保护电路根据mcu输出的使能信号控制步进电机的开启或关停。

优选地，所述步进电机驱动电路还包括有钳位电路，用于钳制a相h桥驱动电路的两个输出接口及b相h桥驱动电路的两个输出接口的电压。

优选地，所述a相h桥驱动电路包括有pnp型三极管q1、npn型三极管q2、npn型三极管q3、pnp型三极管q4、pnp型三极管q5、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7，三极管q1的发射极、三极管q4的发射极与第一直流电源连接，三极管q1的基极通过电阻r4与三极管q4的集电极连接，三极管q1的集电极分别与电阻r1、电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与三极管q4的基极连接，电阻r1的另一端与三极管q2的集电极连接，三极管q2的发射极接地，三极管q2的基极通过电阻r3、电阻r7连接至第二直流电源，三极管q5的发射极与第二直流电源连接，三极管q5的集电极通过电阻r6连接至三极管q3的基极，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极通过电阻r5连接至三极管q4的集电极，三极管q5的基极作为所述a相h桥驱动电路的输入接口与所述mcu连接，所述电阻r3、电阻r7之间的连接节点与所述a相h桥驱动电路的输入接口连接；所述三极管q1的集电极与电阻r1之间的连接节点以及所述三极管q4的集电极与电阻r5之间的连接节点作为所述a相h桥驱动电路的两个输出接口。

优选地，所述a相h桥驱动电路还包括有电阻r8，所述电阻r8一端作为所述a相h桥驱动电路的输入接口与所述mcu连接，另一端与三极管q5的基极连接。

优选地，所述b相h桥驱动电路包括有pnp型三极管q6、npn型三极管q7、pnp型三极管q8、npn型三极管q9、pnp型三极管q10、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15，三极管q6的发射极、三极管q8的发射极与第一直流电源连接，三极管q6的基极通过电阻r12与三极管q8的集电极连接，三极管q6的集电极分别与电阻r9、电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端与三极管q8的基极连接，电阻r9的另一端与三极管q7的集电极连接，三极管q7的发射极接地，三极管q7的基极通过电阻r11、电阻r15连接至第二直流电源，三极管q10的发射极与第二直流电源连接，三极管q10的集电极通过电阻r14连接至三极管q9的基极，三极管q9的发射极接地，三极管q9的集电极通过电阻r13连接至三极管q8的集电极，三极管q10的基极作为所述b相h桥驱动电路的输入接口与所述mcu连接，所述电阻r11、电阻r15之间的连接节点与所述b相h桥驱动电路的输入接口连接；所述三极管q6的集电极与电阻r9之间的连接节点以及所述三极管q8的集电极与电阻r13之间的连接节点作为所述b相h桥驱动电路的两个输出接口。

优选地，所述b相h桥驱动电路还包括有电阻r16，所述电阻r16一端作为所述b相h桥驱动电路的输入接口与所述mcu连接，另一端与三极管q10的基极连接。

优选地，所述开关保护电路包括有pnp型三极管q11、电阻r17和电阻r18，三极管q11的基极通过电阻r18与mcu连接，三极管q11的发射极接地，电阻r17连接于三极管q11的基极与地之间，三极管q11的集电极分别与所述a相h桥驱动电路、b相h桥驱动电路连接。

优选地，所述mcu采用bd6384efv-e2型号的控制芯片。

优选地，所述第一直流电源为12v直流电源，第二直流电源为5v直流电源。

本实用新型的有益技术效果在于：上述步进电机驱动电路，仅利用mcu的2个io口即可实现步进电机的两相四拍驱动控制，从而减少了控制芯片mcu的io口的使用，节省了硬件资源，也从根本行降低了硬件成本。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例中的步进电机驱动电路的电路原理图；

图2为本实用新型另一个实施例中的步进电机驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

如图1所示，在本实用新型一个实施例中，步进电机驱动电路包括有一mcu、一a相h桥驱动电路和一b相h桥驱动电路。所述mcu生成用于控制步进电机的a相线圈及b相线圈的电流方向的第一控制信号及第二控制信号，所述mcu两个io口对应输出所述第一控制信号及第二控制信号；所述a相h桥驱动电路的输出接口a+、输出接口a-与步进电机a相线圈的两端一一对应连接，所述a相h桥驱动电路接收所述第一控制信号并根据所述第一控制信号控制步进电机的a相线圈的电流方向；所述b相h桥驱动电路的输出接口b+、输出接口b-与步进电机b相线圈的两端一一对应连接，所述b相h桥驱动电路接收所述第二控制信号并根据所述第二控制信号控制步进电机的b相线圈的电流方向。

所述mcu作为步进电机驱动电路的控制核心，采用bd6384efv-e2型号的控制芯片。

所述a相h桥驱动电路包括有pnp型三极管q1、npn型三极管q2、npn型三极管q3、pnp型三极管q4、pnp型三极管q5、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7。

所述三极管q1的发射极、三极管q4的发射极与12v直流电源连接，三极管q1的基极通过电阻r4与三极管q4的集电极连接，三极管q1的集电极分别与电阻r1、电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与三极管q4的基极连接，电阻r1的另一端与三极管q2的集电极连接，三极管q2的发射极接地，三极管q2的基极通过电阻r3、电阻r7连接至5v直流电源，三极管q5的发射极与5v直流电源连接，三极管q5的集电极通过电阻r6连接至三极管q3的基极，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极通过电阻r5连接至三极管q4的集电极，三极管q5的基极与所述a相h桥驱动电路的输入接口a1+连接，输入接口a1+与所述mcu的io口mcu_a连接，所述电阻r3、电阻r7之间的连接节点与所述输入接口a1+连接；所述三极管q1的集电极与电阻r1之间的连接节点与所述a相h桥驱动电路的输出接口a+连接，所述三极管q4的集电极与电阻r5之间的连接节点与所述a相h桥驱动电路的输出接口a-连接。

所述a相h桥驱动电路的工作原理如下：

当所述输入接口a1+输入高电平时，三极管q5、三极管q1和三极管q3都截止，三极管q2导通、三极管q4导通。电流从12v直流电源通过三极管q4流入输出接口a-，在电机中通过线圈流向输出接口a+，再从输出接口a+通过电阻r1流向三极管q2接地形成一个回路。当输入接口a1+输入低电平的时候，三极管q5、三极管q1、三极管q3都导通，三极管q2、三极管q4关闭。电流从12v直流电源通过三极管q1流入输出接口a+，在电机中通过线圈流向输出接口a-，再从输出接口a-通过电阻r5流向三极管q3接地形成一个回路。

所述b相h桥驱动电路包括有pnp型三极管q6、npn型三极管q7、pnp型三极管q8、npn型三极管q9、pnp型三极管q10、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15。

所述三极管q6的发射极、三极管q8的发射极与12v直流电源连接，三极管q6的基极通过电阻r12与三极管q8的集电极连接，三极管q6的集电极分别与电阻r9、电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端与三极管q8的基极连接，电阻r9的另一端与三极管q7的集电极连接，三极管q7的发射极接地，三极管q7的基极通过电阻r11、电阻r15连接至5v直流电源，三极管q10的发射极与5v直流电源连接，三极管q10的集电极通过电阻r14连接至三极管q9的基极，三极管q9的发射极接地，三极管q9的集电极通过电阻r13连接至三极管q8的集电极，三极管q10的基极与所述b相h桥驱动电路的输入接口b1+连接，输入接口b1+与所述mcu的io口mcu_b连接，所述电阻r11、电阻r15之间的连接节点与所述b相h桥驱动电路的输入接口b1+连接；所述三极管q6的集电极与电阻r9之间的连接节点与所述b相h桥驱动电路的输出接口b+连接，所述三极管q8的集电极与电阻r13之间的连接节点与所述b相h桥驱动电路的输出接口b-连接。

所述b相h桥驱动电路的工作原理如下：

当所述输入接口b1+输入高电平时，三极管q10、三极管q6和三极管q9都截止，三极管q7导通、三极管q8导通。电流从12v直流电源通过三极管q8流入输出接口b-，在电机中通过线圈流向输出接口b+，再从输出接口b+通过电阻r9流向三极管q7接地形成一个回路。当输入接口b1+输入低电平的时候，三极管q10、三极管q6、三极管q9都导通，三极管q7、三极管q8关闭。电流从12v直流电源通过三极管q6流入输出接口b+，在电机中通过线圈流向输出接口b-，再从输出接口b-通过电阻r13流向三极管q9接地形成一个回路。

本实用新型的步进电机驱动电路，仅利用mcu的2个io口(mcu_a、mcu_b)即可实现步进电机的两相四拍驱动控制，从而减少了控制芯片mcu的io口的使用，节省了硬件资源，也从根本行降低了硬件成本。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述a相h桥驱动电路还包括有电阻r8，所述电阻r8一端作为所述a相h桥驱动电路的输入接口a1+与所述mcu的io口mcu_a连接，另一端与三极管q5的基极连接。所述电阻r8在电路中起到限制电流的作用。由于在步进电机脉冲启动瞬间，线圈内阻极小，因此启动电流很大，为了抑制启动电流，加一个限流电阻r8，可以防止a相h桥驱动电路内部的三极管烧坏。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述b相h桥驱动电路还包括有电阻r16，所述电阻r16一端作为所述b相h桥驱动电路的输入接口b1+与所述mcu的io口mcu_b连接，另一端与三极管10的基极连接。所述电阻r16在电路中起到限制电流的作用。由于在步进电机脉冲启动瞬间，线圈内阻极小，因此启动电流很大，为了抑制启动电流，加一个限流电阻r16，可以防止b相h桥驱动电路内部的三极管烧坏。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述步进电机驱动电路还包括有钳位电路，该钳位电路由双向二极管dd1、双向二极管dd2、双向二极管dd3和双向二极管dd4组成，双向二极管dd1、双向二极管dd2用于对应钳制a相h桥驱动电路的输出接口a+、输出接口a-的电压；双向二极管dd3、双向二极管dd4对应用于钳制b相h桥驱动电路的输出接口b+、输出接口b-的电压。所述双向二极管dd1、双向二极管dd2、双向二极管dd3和双向二极管dd4，能够吸收步进电机运行过程中产生的尖峰，起到平滑静音的目的，降低了噪音。

如图2所示，在本实用新型另一个实施例中，步进电机驱动电路包括有一mcu、一a相h桥驱动电路、一b相h桥驱动电路和开关保护电路，所述开关保护电路根据mcu输出的使能信号控制步进电机的开启或关停。

所述a相h桥驱动电路、b相h桥驱动电路的电路结构及工作原理与图1所示实施例中的a相h桥驱动电路、b相h桥驱动电路的电路结构及工作原理相同，这里不再赘述。

所述开关保护电路包括有pnp型三极管q11、电阻r17和电阻r18，三极管q11的基极通过电阻r18与mcu的io口mcu_en连接，三极管q11的发射极接地，电阻r17连接于三极管q11的基极与地之间，三极管q11的集电极分别与所述a相h桥驱动电路、b相h桥驱动电路连接。当需要开启步进电机时，mcu的io口mcu_en输出使能信号(高电平)驱动三极管q11导通，将a相h桥驱动电路、b相h桥驱动电路的接地端使能接到地，步进电机开始工作。

本实用新型实施例的步进电机驱动电路包括有开关保护电路，该开关保护电路能够彻底关断步进电机与电源的连接，加强了系统的可靠性，从硬件上增强了抗干扰性能，杜绝了由干扰产生的失步。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，而非对本实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。