【Maker電子學】步進馬達的原理與驅動—PART4

Posted By Liang Bird on 12 月 25, 2023 in Maker電子學, 教學文, 步進馬達, 電子學 | 0 comments

上一回【Maker電子學】步進馬達的原理與驅動—PART3，我們介紹了 L293D 這顆很常用的四個半橋馬達驅動 IC，它相當於八顆電晶體所組成的兩個 H-bridge 電路，可以用來驅動一個雙極雙相步進馬達，同時我們也說明了驅動步進馬達所需要的時序和波形。

不過我們上一回爲了方便說明 H-bridge 的驅動時序，示範的電路只著重在 H-bridge 的電晶體部分，簡化了許多補償和保護用的零件。這一次我們要來看一下，實際上的驅動電路應該要怎麼設計。

驅動電路

（圖片來源：Bird 提供）

這是我們上次用 L293D 驅動一顆雙極雙相步進馬達的示範電路。這個電路可以用 A1 和 A2 接腳控制其中一組線圈的電流流向，而用 A3 和 A4 控制另一組線圈的電流流向，只要依照特定的時脈操作 A1 - A4 的 high 與 low，就可以讓步進馬達持續旋轉。

如果你直接照這個電路接，電路會動，馬達也會轉，但很有可能馬達轉一轉，就不動了，而且 L293D 可能燒掉了。

爲什麼呢？因爲 back EMF。

反電動勢

Back EMF（back electromotive force），又叫做反電動勢，是所有電感性負載都會有的特性。電感的特性是上面的電流不會突然變化，因此當我們加一個驅動電壓在電感上時，電感上的電流會從 0 慢慢往上增加，直到電感飽和後電流才會直接衝到電路允許的最大電流，而當我們將電感上的驅動電壓關掉時，電感上的電流也不會馬上停止，而是持續流動、慢慢下降到 0。

在這個電流下降的過程中，如果我們將電感上的迴路斷開，這個電流想流動但是沒有迴路可以流動、沒地方去，就會在電感兩端產生一個很高的電壓；依據電感的大小，這個電壓有高有低，但很有可能高到足以破壞驅動馬達的電晶體或是 IC 裡的其它電路。

因此我麼要設法讓 back EMF 產生的這個能量有地方去，最好是把它消耗掉，以免傷害到驅動電路。

典型的做法是在 H-bridge 的驅動電路中加上四個二極體，方向與驅動線圈的電流方向相反：