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【Maker電子學】步進馬達的原理與驅動—PART4

   
作者:Bird

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:

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Liang Bird

Author: Liang Bird

在外商圈電子業中闖蕩多年,經歷過 NXP、Sony、Crossmatch 等企業,從事無線通訊、影像系統、手機、液晶面板、半導體、生物辨識等不同領域產品開發。熱愛學習新事物,協助新創團隊解決技術問題。台大農機系、台科大電子所畢業,熱愛賞鳥、演奏管風琴、大提琴、法國號,亦是不折不扣的熱血 maker。

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