双极四线式和六线式步进马达的接线方式

上一回我们简单聊了步进马达里面的结构，以及它为什么可以用小角度一步一步转动的原理，另外也介绍了两相式步进马达常见的两种接线方式。

这一回我们要来看看如何在线圈上产生让马达转所需要的波形。

接线方式

我们以最常见的双极双相步进马达为例。上次提过，这种步进马达有四线式和六线式两种出线方式：

这种结构的步进马达里面有两大组线圈，可以称之为 A 线圈和 B 线圈。它的驱动方式是：

1.A 相正向激磁

2.B 相正向激磁

3.A 相反向激磁

4.B 相反向激磁

因为两组线圈都要可以正向和反向激磁，因此称之为「双极」（bipolar）步进马达。

至于要让线圈的磁场方向反过来，有两种不同的方式，最简单的当然就是让流过线圈的电流方向反过来。如果电流从 A 接脚流向 A’接脚时是正向激磁，那么电流从 A’流向 A 时就是反向激磁。

但要能转换电流方向的电路比较复杂，因此就有另一种变形的设计：六线式的步进马达。六线式的马达一样有 A 和 B 两组线圈，但它们的线圈有个「中间抽头」，就是在线圈中间位置的一个接点，如果电流从 A 流向中间抽头时是正向激磁，那么电流从 A’流向中间抽头时就是反向激磁。

我们把六线式马达的两根 COM 都接地，再轮流驱动 A、B、A’、B’，马达就会朝一个方向旋转，这时的驱动波形是这样的：

要产生并驱动这样的波形，只需要四颗晶体管。电路大概是这样：

我们可以用 LA、LB、LA‘、LB’四个小讯号去控制 MOSFET 的导通，来产生 A、B、A’、B’四个驱动马达所需要的讯号。

注意这里使用的 MOSFET 是 P-channel 的 MOSFET，因为当我们这样驱动时，负载是在 MOSFET 开关的后面，用马达驱动的术语来说，这是个「high-side driver」，当它导通时电流是先流过晶体管再到负载，而因为 MOSFET 导通时的电阻很小，晶体管本人上的电压差也就很小，所有的 VCC 电压几乎都由马达线圈承受，但由于 MOSFET 有一端接在电源上，因此不管是 source 还是 drain 的电压都会很接近电源电压；如果用 N-channel 的 MOSFET 来驱动的话，我们就会需要比电源电压更高的 gate 电压，才能驱使 N-channe MOSFET 导通。

因此在马达驱动电路的设计上，high-side driver 多半都使用 P-channel MOSFET，而反过来说，接在负载后面的 low-side driver 则多半使用 N-channel MOSFET。

如果是四线式的步进马达，要用什么样的电路，才能让电流的方向反转呢？这时后就会用到「H 电桥」了。H 电桥是用来做双向驱动最常用的电路，它长这样：

这个电路需要四颗晶体管，而且一次需要开两颗。

当我们将 Q1、Q4 打开让它们导通时，电流会由负载的左方流向右方，而如果将 Q2、Q3 打开的话，电流就会由负载的右方流向左方。

虽然这个电路可以让电流的方向反转，但它需要用到四颗晶体管来驱动一组负载。在四线式的步进马达上有两组线圈要驱动，因此总共会用到八颗晶体管，所需要的晶体管数量是六线式的两倍，因此四线式的步进马达虽然绕组设计比较简单，但驱动电路的复杂度却比较高。

小结

这一回我们介绍了双极四线式和六线式步进马达的接线方式，以及驱动它们所需要的程序与讯号，也介绍了驱动电路的结构，以及改变电流方向的方法，但由于驱动四线式步进马达的一组线圈就需要用到四颗晶体管，两组线圈要用八颗，这样的电路用离散组件来拼其实蛮麻烦的，因此市面上有很多单颗 IC 就可以搞定步进马达驱动的产品，除了放大电流的驱动电路外，这些 IC 里面还有逻辑电路，可以用来简化驱动步进马达所需要的讯号。

下一回，我们会继续聊聊这些专门用来控制、驱动步进马达的 IC。

审核编辑：汤梓红