CN102291072A - 一种简单高效的混合式步进电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简单高效的混合式步进电机驱动装置，包括高度集成主控芯片、工作电源、细分电流控制单元、光耦隔离单元、整形单元、正常报错显示电路、高压保护电路、电流反馈比较单元、过温保护单元、过流保护单元、电流自动衰减单元、半桥驱动电路、IGBT开关管、两相步进电机与驱动器电流设定单元。本发明所述简单高效的混合式步进电机驱动装置，可以克服现有技术中低频时电机噪声大、失步现象严重、运行可靠性低、安全性差与环境适应能力弱等缺陷，以实现电机噪声小、无失步现象、运行可靠性好、安全性好与环境适应能力强的优点。

Description

一种简单高效的混合式步进电机驱动装置

技术领域

本发明涉及步进电机，具体地，涉及一种简单高效的混合式步进电机驱动装置。

背景技术

步进电机作为控制用的特种电机，是把数字量转化为角位移的电气传动器件，它的运转与控制脉冲同步，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可在要求更高精度时组成闭环控制系统。步进电机由于高精度的定位控制、位置及速度控制简便、步距误差无累积等优点，在低负载、低速度的工业控制中应用十分广泛；它被广泛运用于数控机床、自动化生产线、工业仪器仪表、计算机设备等领域中，成为不可或缺的重要电机组件。但是，步进电机的运行不能由普通的交直流电源供电，需要专用的驱动设备，所以步进电机的性能很大程度上取决于其驱动系统性能的优劣。

目前，市场上的步进电机驱动器大多是由单片机和分立元器件组成，系统集成度低、抗干扰能力差、步距角分辨率不高，导致步进电机定位精度不高、存在失步和振荡两个问题，制约了步进电机的应用。对这个问题的解决办法，除了改善负载特性及附加机械阻尼外，还可以在驱动电源方面加以改善，如引入电磁阻尼、采用细分驱动等办法来解决。

步进电机细分驱动技术是20世纪70年代中期发展起来的，它是一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动控制技术。1975年美国学者T. R.Fredriksen首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法。在其后的20多年里，步进电机细分驱动技术得到了很大的发展，并在实践中得到了广泛的应用。实践证明，步进电机细分驱动技术可以减小步进电机的步距角，提高步进运行的平稳性，增加控制的灵活性等。

步进电机驱动器作为一种电力电子器件，对它的控制实时性要求很高，因此微处理器的高速发展，是推动步进电机驱动器发展的一个重要因素。基于单片机实现步进电机控制是目前重要的一种手段。步进电机本身就是离散型自动化执行元件，所以它特别适合采用单片机及嵌入式系统控制。同分立元器件相比，单片机有更大的灵活性，更易实现复杂的控制策略。随着微处理器技术的飞速发展以及单片机的性价比得提高，利用单片机实现步进电机控制己经非常普遍。

但是，单片机受计算速度与精度局限，当采用细分控制时，细分数不能达到很高，低频下噪声大，电机易抖动，正常运行下温升也大；而且，为弥补单片机运算速度劣势，通常采用模拟运算放大器构成的调节器，其参数一经设定，不易经常调整，对工况的变化和对象的变化适应能力差。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在低频时电机噪声大、失步现象严重、运行可靠性低、安全性差与环境适应能力弱等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种简单高效的混合式步进电机驱动装置，以实现电机噪声小、无失步现象、运行可靠性好、安全性好与环境适应能力强的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种简单高效的混合式步进电机驱动装置，包括高度集成主控芯片、工作电源、细分电流控制单元、光耦隔离单元、整形单元、正常报错显示电路、高压保护电路、电流反馈比较单元、过温保护单元、过流保护单元、电流自动衰减单元、半桥驱动电路、IGBT开关管、两相步进电机与驱动器电流设定单元，其中：

所述工作电源、细分电流控制单元、高压保护电路、电流反馈比较单元、过流保护单元、过温保护单元与驱动器电流设定单元，均与高度集成主控芯片连接；所述高度集成主控芯片，分别与正常报错显示电路、电流自动衰减单元与半桥驱动电路连接；

所述光耦隔离单元、整形单元与高度集成主控芯片依次连接，所述半桥驱动电路、IGBT开关管与两相步进电机依次连接，所述半桥驱动电路、IGBT开关管与电流反馈比较单元依次连接。

这里，整形单元对输入的指令脉冲采用施密特电路整形，将不规则的脉冲信号变换成矩形脉冲，从而增强信号的抗干扰性；其中，输入信号指令脉冲信号与方向信号。

进一步地，所述高度集成主控芯片包括输入逻辑模块、信号整形模块、细分方式选择模块、正弦余弦信号发生器、故障检测模块、共振消除模块、对偶PWM模块、电流衰减模块、第一DAC模块、第二DAC模块、电流控制模块、时钟模块与片内ROM，其中：

所述输入逻辑模块，分别与细分方式选择模块及信号整形模块连接；所述细分方式选择模块、复位信号模块、时钟模块与片内ROM，均与电流控制模块连接；所述电流控制模块，分别与故障检测模块及共振消除模块连接；所述共振消除模块、对偶PWM模块、电流衰减模块、正弦余弦信号发生器与信号整形模块，依次连接；所述正弦余弦信号发生器，分别与第一DAC模块及第二DAC模块连接；

所述输入逻辑模块，用于输入细分方式选择信号与使能/写/时钟选择信号；所述信号整形模块，用于输出整形输出指示信号；所述故障检测模块，用于输出故障信号；所述电流控制模块，用于输出A/B相全桥信号；所述第一DAC模块，用于输出A相正弦输出；所述第二DAC模块，用于B相正弦输出。

这里，输入逻辑模块对输入的外部信号做逻辑选择，决定细分方式选择模块的细分数、正弦余弦信号发生器依据细分选择模块的输出产生不同点数的阶梯波；整周期1024正弦波点数在片内ROM空间存储；第一、第二DAC对ROM中数字正弦表格离散数据模拟化处理，输出两路正弦与余弦参考信号；作为电流控制单元参考信号；故障检测模块对全桥功率驱动模块的直流母线电流、输入电压信号等做比较器操作，保护系统安全。

进一步地，所述电流反馈比较单元包括+5V直流电源，电阻R17、R18、R28、R37、R42、R43与R77，电容C21、C36、C46、C49与C55，以及运算放大器U7A与U7B；其中：

所述电阻R77的第一连接端为VrefA端，第二连接端与运算放大器U7B的同相输入端连接、并经电容C46后接地；运算放大器U7B的反相输入端，与电阻R17的第二连接端及运算放大器U7A的反相输入端连接，并经电容C36后接地；运算放大器U7B的输出端，经电阻R37后接+5V直流电源，并经电容C55后接地；电阻R17的第一连接端为PA_A端；

所述运算放大器U7A的同相输入端，经电阻R18接地，经电容C49后接地，并经电阻R42后接+5V直流电源；运算放大器U7A的电源端接+5V直流电源，运算放大器U7A的接地端接地；运算放大器U7A的输出端，经电阻R28后接+5V直流电源，并依次经电阻R43与电容C21后接地；电阻R43与电容C21的公共端为OVCA端。 

进一步地，所述驱动器电流设定单元，包括+12V直流电源，驱动芯片U9，电容C48，电阻R9、R10、R11、电阻R56、电阻R57与电阻R58，以及运算放大器U5D；其中：

所述驱动芯片U9采用线性稳压电源LM317，输入端INPUT接+12V直流电源，输出端OUTPUT分别与电阻R57的第一连接端及电阻R58的第二连接端连接，调整端ADJ分别与电阻R57的第二连接端、电阻R58的第二连接端、电阻R56的第一连接端及电阻R11的第二连接端连接，调整线性稳压电源LM317的外部电阻网络阻值的大小，可以设定驱动器的输出电流；

所述电阻R56的第二连接端为电阻网络开关连接端，电阻R11的第二连接端为P_Adjust端；电阻R11的第二连接端经电容C48后接地，并经电阻R10后与运算放大器U5D的输出端连接；所述运算放大器U5D的同相输入端为+2.5V电压输入端，运算放大器U5D的反相输入端为电流自减手动端；运算放大器U5D的反相输入端与电阻R9的第一连接端连接，电阻R9的第二连接端为电流自减控制端。

进一步地，所述细分电流控制单元包括+5V直流电源、可调电阻R与拨码开关SW，其中：

在所述拨码开关SW中，上排接线板的第1、2、3接线端子均与可调电阻R的第一连接端连接，第4接线端子为自动半流控制端，第5、6、7、8接线端子均与+5V直流电源连接；下排接线板的第1、2、3接线端子均与可调电阻R的第二连接端连接，第4接线端子悬空，第5、6、7、8接线端子均接地GND。

进一步地，所述半桥驱动电路包括+12V直流电源，24-50V直流电源，二极管D7、D8、D9、D10、D15、D16、D17、D18、D19与D20，型号为IR2101的半桥驱动芯片U10与U11，电容C38、C39与C42，MOS管Q1、Q2、Q3与Q4，以及电阻R46、R47、R48、R61、R62、R63、R64、R67、R68、R69、R73与R74；其中：

所述半桥驱动芯片U10的VCC端分别与+12V直流电源及二极管D15的阳极连接，HIN端为Major_HLA端，LIN端为Major_LIA端，COM端接地，VB端分别与二极管D15的阴极及电容C38的第一连接端连接，HO端经电阻R46后与二极管D16的阴极连接、并经电阻R68后分别与二极管D16的阳极及MOS管Q1的栅极连接，VS端为A+端、与MOS管Q1的源极、MOS管Q3的漏极、二极管D9的阳极、二极管D10的阴极及电阻R63的第二连接端连接，LO端经电阻R47后与二极管D19的阴极连接、并经电阻R67后分别与二极管D19的阳极及MOS管Q3的栅极连接；

所述电容C38的第二连接端为A+端；MOS管Q1的漏极，与24-50V的直流电源及二极管D9的阴极连接，并经电容C42后接地；二极管D10的阳极、电阻R63的第一连接端、电阻R61的第一连接端及二极管D7的阳极，均接地；MOS管Q3的源极，为PA_A端，经电阻R73后接地；

所述电阻R61的第二连接端、二极管D7的阴极、二极管D8的阳极、MOS管Q2的漏极、MOS管Q4的漏极、以及半桥驱动芯片U11的VS端连接，且为A-端，A-端经电容C39后与半桥驱动芯片U11的VB端连接；二极管D8的阴极，与24-50V直流电源及MOS管Q2的漏极连接；MOS管Q2的栅极，与二极管D17的阳极连接，并经电阻R64与半桥驱动芯片U11的HO端连接，二极管D17的阴极经电阻R62后与半桥驱动芯片U11的HO端连接；MOS管Q4的源极，经电阻R74连接；MOS管Q4的栅极，与二极管D20的阳极连接，并经电阻R69后与半桥驱动芯片U11的LO端连接，二极管D20的阴极经电阻R48后与半桥驱动芯片U11的LO端连接；

所述半桥驱动芯片U11的VCC端，与+12V直流电源及二极管D18的阳极连接，二极管D18的阴极与半桥驱动芯片U11的VB端连接；半桥驱动芯片U11的HIN端为Major_HRA端，LIN端为Major_LRA端，COM端接地；

还包括二极管D3、D4、D5与D6、D21、D22、D23、D24、D25与D26，型号为IR2101的半桥驱动芯片U12与U13，电容C40、C41与C43，MOS管Q5、Q6、Q7与Q8，以及电阻R49、R50、R51、R59、R60、R65、R66、R70、R71、R72、R75与R76；其中：

所述半桥驱动芯片U12的VCC端分别与+12V直流电源及二极管D21的阳极连接，HIN端为Major_HLB端，LIN端为Major_LIB端，COM端接地，VB端分别与二极管D21的阴极及电容C40的第一连接端连接，HO端经电阻R49后与二极管D22的阴极连接、并经电阻R71后分别与二极管D22的阳极及MOS管Q5的栅极连接，VS端为B+端、与MOS管Q5的源极、MOS管Q6的漏极连接，LO端经电阻R50后与二极管D23的阴极连接、并经电阻R70后分别与二极管D23的阳极及MOS管Q6的栅极连接；

所述电容C40的第二连接端为B+端；MOS管Q5的漏极，与24-50V的直流电源、二极管D6的阴极、二极管D3的阴极与MOS管Q7的漏极连接，并经电容C43后接地；电阻R60连接在二极管D5的阳极与阴极之间，二极管D5的阳极接地，阴极与二极管D6的阳极连接；二极管D3的阳极与二极管D4的阴极连接，电阻R59连接在二极管D4的阳极与阴极之间，二极管D4的阳极接地；MOS管Q6的源极，为PA_B端，经电阻R75后接地；

所述MOS管Q7的源极为B-端，与MOS管Q8的漏极、以及半桥驱动芯片U13的VS端连接，并经电容C41后与二极管D26的阴极、以及半桥驱动芯片U13的VB端连接；MOS管Q7的栅极，与二极管D24的阳极连接，并经电阻R65后与半桥驱动芯片U13的HO端连接；二极管D24的阴极，经电阻R66后与半桥驱动芯片U13的HO端连接；

所述MOS管Q8的源极为PA_B端，经电阻R76后接地；MOS管Q8的栅极，与二极管D25的阳极连接，并经电阻R72后与半桥驱动芯片U13的LO端连接；二极管D25的阴极，经电阻R51后与半桥驱动芯片U13的LO端连接；

所述半桥驱动芯片U11的VCC端，与+12V直流电源及二极管D26的阳极连接；半桥驱动芯片U11的HIN端为Major_HRB端，LIN端为Major_LRB端，COM端接地。

进一步地，所述光耦隔离单元包括+3.3V直流电源，光耦隔离芯片U1与U2，光电耦合器U3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R12、R13与R14，以及电容C1、C3与C5；其中：

所述光耦隔离芯片U1的Anode端与电阻R1的第一连接端连接，电阻R1的第二连接端为DIR+端；Cat端为DIR-端；VCC端与+3.3V直流电源连接，经电容C1后与光耦隔离芯片U1的GND端连接，并经电阻R2后与光耦隔离芯片U1的Out端连接；Out端与电阻R3的第一连接端连接，电阻R3的第二连接端为DirOut端；GND端接地；

所述光耦隔离芯片U2的Anode端与电阻R12的第一连接端连接，电阻R12的第二连接端为PULL+端；Cat端为PULL-端；VCC端与+3.3V直流电源连接，经电容C3后与光耦隔离芯片U2的GND端及光耦隔离芯片U2的Out端连接，并经电阻R4后与光耦隔离芯片U2的Out端连接；Out端与电阻R5的第一连接端连接，电阻R5的第二连接端为Pullout端；GND端接地；

所述光电耦合器U3的第一连接端与电阻R13的第一连接端连接，电阻R13的第二连接端为ENA+端；第二连接端为ENA-端，第三连接端接地；第4连接端经电阻R14后接+3.3V直流电源，并经电容C5后接地。

进一步地，所述正常报错显示电路包括+2.5V直流电源，+5V直流电源，运算放大器U5A与U5B，发光二极管U8A与U8B，电容C54，以及电阻R19、R20、R39与R40；其中：

所述运算放大器U5B的同相输入端为Major_FAULT端，与运算放大器U5A的反相输入端连接，并经电容C54后接地；反相输入端接+2.5V直流电源，并与运算放大器U5A的同相输入端连接；输出端经电阻R39后接+5V直流电源，并与发光二极管U8B的阴极连接，发光二极管U8B的阳极经电阻R19后接+5V直流电源；

所述运算放大器U5A的电源端接+5V直流电源，接地端接地；输出端与发光二极管U8A的阴极连接，并经电阻R40后接+5V直流电源；发光二极管U8A的阳极经电阻R20后接+5V直流电源。

进一步地，所述过流保护单元包括+5V直流电源，运算放大器U7A与U7B，电阻R17、R18、R28、R37、R42、R43、R49与R77，以及电容C21、C36、C46、C49与C55；其中：

所述运算放大器U7B的同相输入端与电阻R77的第一连接端连接，并经电容C46后接地；反相输入端与电阻R17的第一连接端、以及运算放大器U7A的反相输入端连接，并经电容C36后接地；输出端为VSA端，经电阻R37后接+5V直流电源，并经电容C55后接地；电阻R77的第二连接端为VrefA端，电阻R17的第二连接端为PA_A端；

所述运算放大器U7A的同相输入端为B_currt端，经电阻R42后接+5V直流电源，并分别经电容C49与电阻R18后接地；电源端接+5V直流电源，接地端接地；输出端经电阻R28后接+5V直流电源，并依次经电阻R43与电容C21后接地，电阻R43与电容C21的公共端为OVCA端。

进一步地，所述工作电源包括开关电源U1型号为3843B的开关电源U1，型号为78L05的稳压芯片U2，二极管D1与D2，MOS管V1，电解电容C26、C27与C28，电容C1、C2、C3、C4、C23与C25，电阻R12、R13、R15、R16、R1、R25、R26、R23与R22，以及变压器T1；其中：

所述开关电源U1的COMP端经电阻R13后，与开关电源U1的VFB端连接，并经电阻R12后接+12V直流电源；VFB端经电阻R15与电容C2后接+12V直流电源，电阻R15与电容C2的公共端接地；ISENSE端与电阻R16的第一连接端连接，并经电容C23后接地，电阻R16的第二连接端为feedback端；RT/CT端与电阻R1的第一连接端连接，并经电容C1后接地，电阻R1的第二连接端为VREF端，与开关电源U1的VREF端连接；VCC端与二极管D1的阴极连接，经电阻R25与电阻R26后接24-50V直流电源，并经电容C25后接地；OTPUT端经电阻R23接MOS管V1的栅极，GND端接地；二极管D1的阳极接+12V直流电源；电解电容C26的负极与二极管D1的阴极连接，电解电容C26的正极接地；

所述变压器T1的初级线圈的第一连接端接24-50V直流电源，第二连接端接MOS管V1的漏极；次级线圈的第一连接端接二极管D2的阳极，第二连接端接地；

所述MOS管V1的源极为feedback端，经电阻R22后接地；所述二极管D2的阴极与电解电容C27的负极及+12V直流电源连接，经电容C3后接地，电解电容C27的正极接地；

所述稳压芯片U2的Vin端接+12V直流电源，GND端接地，Vout端与电解电容C28的负极及+5V直流电源连接，经电容C4后接地，电解电容C28的正极接地。

本发明各实施例的简单高效的混合式步进电机驱动装置，由于包括高度集成主控芯片、工作电源、细分电流控制单元、光耦隔离单元、整形单元、正常报错显示电路、高压保护电路、电流反馈比较单元、过温保护单元、过流保护单元、电流自动衰减单元、半桥驱动电路、IGBT开关管、两相步进电机与驱动器电流设定单元；可以采用超大规模的硬件集成电路，具有高度的抗干扰性及快速的响应性；以克服采用模拟器件构成的控制电路集成度不高，硬件设计复杂可靠性低，可重复性差的缺点；从而可以克服现有技术中低频时电机噪声大、失步现象严重、运行可靠性低、安全性差与环境适应能力弱的缺陷，以实现电机噪声小、无失步现象、运行可靠性好、安全性好与环境适应能力强的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置的工作原理示意图；

图2为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中高度集成主控芯片的内部布局示意图；

图3为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中电流反馈比较单元的电气原理示意图；

图4为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中驱动器电流设定单元的电气原理示意图；

图5为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中细分电流控制单元的电气原理示意图；

图6a与图6b为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中半桥驱动电路的电气原理示意图；

图7a、图7b与图7c为简单高效的混合式步进电机驱动装置中光耦隔离单元的电气原理示意图；

图8为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中正常报错显示电路的电气原理示意图；

图9为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中过流保护单元的电气原理示意图；

图10为根据本发明简单高效的混合式步进电机驱动装置中工作电源的电气原理示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-高度集成主控芯片；2-工作电源；3-细分电流控制单元；4-光耦隔离单元；5-整形单元；6-正常报错显示电路；7-高压保护电路；8-电流反馈比较单元；9-过温保护单元；10-过流保护单元；11-电流自动衰减单元；12-半桥驱动电路；13-IGBT开关管；14-两相步进电机；15-驱动器电流设定单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图1-图10所示，提供了一种简单高效的混合式步进电机驱动装置。

如图1所示，本实施例包括高度集成主控芯片1、工作电源2、细分电流控制单元3、光耦隔离单元4、整形单元5、正常报错显示电路6、高压保护电路7、电流反馈比较单元8、过温保护单元9、过流保护单元10、电流自动衰减单元11、半桥驱动电路12、IGBT开关管13、两相步进电机14与驱动器电流设定单元15。

这里，整形单元对输入的指令脉冲采用施密特电路整形，将不规则的脉冲信号变换成矩形脉冲，从而增强信号的抗干扰性；其中，输入信号指令脉冲信号与方向信号。

其中，在上述实施例中，工作电源2、细分电流控制单元3、高压保护电路7、电流反馈比较单元8、过流保护单元10、过温保护单元9与驱动器电流设定单元15，均与高度集成主控芯片1连接；高度集成主控芯片1，分别与正常报错显示电路6、电流自动衰减单元11与半桥驱动电路12连接；光耦隔离单元4、整形单元5与高度集成主控芯片1依次连接，半桥驱动电路12、IGBT开关管13与两相步进电机14依次连接，半桥驱动电路12、IGBT开关管13与电流反馈比较单元8依次连接。

具体地，在上述实施例中，如图2所示，高度集成主控芯片1包括输入逻辑模块、信号整形模块、细分方式选择模块、正弦余弦信号发生器、故障检测模块、共振消除模块、对偶PWM模块、电流衰减模块、第一DAC模块、第二DAC模块、电流控制模块、时钟模块与片内ROM。

这里，输入逻辑模块对输入的外部信号做逻辑选择，决定细分方式选择模块的细分数、正弦余弦信号发生器依据细分选择模块的输出产生不同点数的阶梯波；整周期1024正弦波点数在片内ROM空间存储；第一、第二DAC对ROM中数字正弦表格离散数据模拟化处理，输出两路正弦与余弦参考信号；作为电流控制单元参考信号；故障检测模块对全桥功率驱动模块的直流母线电流、输入电压信号等做比较器操作，保护系统安全。

在图2中，输入逻辑模块，分别与细分方式选择模块及信号整形模块连接；细分方式选择模块、复位信号模块、时钟模块与片内ROM，均与电流控制模块连接；电流控制模块，分别与故障检测模块及共振消除模块连接；共振消除模块、对偶PWM模块、电流衰减模块、正弦余弦信号发生器与信号整形模块，依次连接；正弦余弦信号发生器，分别与第一DAC模块及第二DAC模块连接；输入逻辑模块，用于输入细分方式选择信号与使能/写/时钟选择信号；信号整形模块，用于输出整形输出指示信号；故障检测模块，用于输出故障信号；电流控制模块，用于输出A/B相全桥信号；第一DAC模块，用于输出A相正弦输出；第二DAC模块，用于B相正弦输出。

由图2可知，高度集成主控芯片1可以提供与用户接口的指令脉冲、方向脉冲输入功能，提供过热、过压、A/B相过流四种保护；当简单高效的混合式步进电机驱动装置发现一个错误后，高度集成主控芯片1会锁存这个错误，并在故障信号管脚输出逻辑高电平状态；进入保护状态后，高度集成主控芯片1中电流控制单元切断A/B相全桥信号输出，高度集成主控芯片1细分档位可以通过细分方式选择接口根据用户需要设置，在电机运转过程中或系统复位状态下改变；高度集成主控芯片1包含内在的sine/cosine发生器和DAC，用来定位A相与B相的相位关系，工作状态输出模拟的正弦/余弦信号；外部指令脉冲经过内部施密特触发器增强信号的抗干扰性，在步进脉冲上沿时刻正弦、余弦输出产生一个增量，增量大小由细分方式选择决定；高度集成主控芯片1内部可以提供自动电流衰减输出信号，当电机处在空闲时，在外部最后一个时钟信号脉冲上升沿到来1.5秒后，输出一个高电平减流信号。

如图3所示，电流反馈比较单元8包括+5V直流电源，电阻R17、R18、R28、R37、R42、R43与R77，电容C21、C36、C46、C49与C55，以及运算放大器U7A与U7B。

在图3中，电阻R77的第一连接端为VrefA端，第二连接端与运算放大器U7B的同相输入端连接、并经电容C46后接地；运算放大器U7B的反相输入端，与电阻R17的第二连接端及运算放大器U7A的反相输入端连接，并经电容C36后接地；运算放大器U7B的输出端，经电阻R37后接+5V直流电源，并经电容C55后接地；电阻R17的第一连接端为PA_A端；运算放大器U7A的同相输入端，经电阻R18接地，经电容C49后接地，并经电阻R42后接+5V直流电源；运算放大器U7A的电源端接+5V直流电源，运算放大器U7A的接地端接地；运算放大器U7A的输出端，经电阻R28后接+5V直流电源，并依次经电阻R43与电容C21后接地；电阻R43与电容C21的公共端为OVCA端。

由图3可知，采用比较器元件对采样到绕组电流信号PA_A与参考电流信号VrefA比较，输出占空比按参考电流大小变化的PWM信号到功率驱动电路，从而使电机按照外部指令脉冲的要求转动；片内ROM中可以保存1/4正弦周期256个电流阶梯数据，从而决定用户可以要求的最大256细分驱动要求。 

如图4所示，驱动器电流设定单元15，包括+12V直流电源，驱动芯片U9，电容C48，电阻R9、R10、R11、电阻R56、电阻R57与电阻R58，以及运算放大器U5D；其中：驱动芯片U9采用线性稳压电源LM317，输入端INPUT接+12V直流电源，输出端OUTPUT分别与电阻R57的第一连接端及电阻R58的第二连接端连接，调整端ADJ分别与电阻R57的第二连接端、电阻R58的第二连接端、电阻R56的第一连接端及电阻R11的第二连接端连接，调整线性稳压电源LM317的外部电阻网络阻值的大小，可以设定驱动器的输出电流；电阻R56的第二连接端为电阻网络开关连接端，电阻R11的第二连接端为P_Adjust端；电阻R11的第二连接端经电容C48后接地，并经电阻R10后与运算放大器U5D的输出端连接；运算放大器U5D的同相输入端为+2.5V电压输入端，运算放大器U5D的反相输入端为电流自减手动端；运算放大器U5D的反相输入端与电阻R9的第一连接端连接，电阻R9的第二连接端为电流自减控制端。

如图5所示，细分电流控制单元3包括+5V直流电源、可调电阻R与拨码开关SW，其中：在拨码开关SW中，上排接线板的第1、2、3接线端子均与可调电阻R的第一连接端连接，第4接线端子为自动半流控制端，第5、6、7、8接线端子均与+5V直流电源连接；下排接线板的第1、2、3接线端子均与可调电阻R的第二连接端连接，第4接线端子悬空，第5、6、7、8接线端子均接地GND。

如图6a所示，半桥驱动电路12包括+12V直流电源，24-50V直流电源，二极管D7、D8、D9、D10、D15、D16、D17、D18、D19与D20，型号为IR2101的半桥驱动芯片U10与U11，电容C38、C39与C42，MOS管Q1、Q2、Q3与Q4，以及电阻R46、R47、R48、R61、R62、R63、R64、R67、R68、R69、R73与R74。

在图6a中，半桥驱动芯片U10的VCC端分别与+12V直流电源及二极管D15的阳极连接，HIN端为Major_HLA端，LIN端为Major_LIA端，COM端接地，VB端分别与二极管D15的阴极及电容C38的第一连接端连接，HO端经电阻R46后与二极管D16的阴极连接、并经电阻R68后分别与二极管D16的阳极及MOS管Q1的栅极连接，VS端为A+端、与MOS管Q1的源极、MOS管Q3的漏极、二极管D9的阳极、二极管D10的阴极及电阻R63的第二连接端连接，LO端经电阻R47后与二极管D19的阴极连接、并经电阻R67后分别与二极管D19的阳极及MOS管Q3的栅极连接；电容C38的第二连接端为A+端。

在图6a中，MOS管Q1的漏极，与24-50V的直流电源及二极管D9的阴极连接，并经电容C42后接地；二极管D10的阳极、电阻R63的第一连接端、电阻R61的第一连接端及二极管D7的阳极，均接地；MOS管Q3的源极，为PA_A端，经电阻R73后接地；电阻R61的第二连接端、二极管D7的阴极、二极管D8的阳极、MOS管Q2的漏极、MOS管Q4的漏极、以及半桥驱动芯片U11的VS端连接，且为A-端，A-端经电容C39后与半桥驱动芯片U11的VB端连接；二极管D8的阴极，与24-50V直流电源及MOS管Q2的漏极连接；MOS管Q2的栅极，与二极管D17的阳极连接，并经电阻R64与半桥驱动芯片U11的HO端连接，二极管D17的阴极经电阻R62后与半桥驱动芯片U11的HO端连接；MOS管Q4的源极，经电阻R74连接。

在图6a中，MOS管Q4的栅极，与二极管D20的阳极连接，并经电阻R69后与半桥驱动芯片U11的LO端连接，二极管D20的阴极经电阻R48后与半桥驱动芯片U11的LO端连接；半桥驱动芯片U11的VCC端，与+12V直流电源及二极管D18的阳极连接，二极管D18的阴极与半桥驱动芯片U11的VB端连接；半桥驱动芯片U11的HIN端为Major_HRA端，LIN端为Major_LRA端，COM端接地。

如图6b所示，半桥驱动电路12还包括二极管D3、D4、D5与D6、D21、D22、D23、D24、D25与D26，型号为IR2101的半桥驱动芯片U12与U13，电容C40、C41与C43，MOS管Q5、Q6、Q7与Q8，以及电阻R49、R50、R51、R59、R60、R65、R66、R70、R71、R72、R75与R76。

在图6b中，半桥驱动芯片U12的VCC端分别与+12V直流电源及二极管D21的阳极连接，HIN端为Major_HLB端，LIN端为Major_LIB端，COM端接地，VB端分别与二极管D21的阴极及电容C40的第一连接端连接，HO端经电阻R49后与二极管D22的阴极连接、并经电阻R71后分别与二极管D22的阳极及MOS管Q5的栅极连接，VS端为B+端、与MOS管Q5的源极、MOS管Q6的漏极连接，LO端经电阻R50后与二极管D23的阴极连接、并经电阻R70后分别与二极管D23的阳极及MOS管Q6的栅极连接；电容C40的第二连接端为B+端。

在图6b中，MOS管Q5的漏极，与24-50V的直流电源、二极管D6的阴极、二极管D3的阴极与MOS管Q7的漏极连接，并经电容C43后接地；电阻R60连接在二极管D5的阳极与阴极之间，二极管D5的阳极接地，阴极与二极管D6的阳极连接；二极管D3的阳极与二极管D4的阴极连接，电阻R59连接在二极管D4的阳极与阴极之间，二极管D4的阳极接地。

在图6b中，MOS管Q6的源极，为PA_B端，经电阻R75后接地； MOS管Q7的源极为B-端，与MOS管Q8的漏极、以及半桥驱动芯片U13的VS端连接，并经电容C41后与二极管D26的阴极、以及半桥驱动芯片U13的VB端连接；MOS管Q7的栅极，与二极管D24的阳极连接，并经电阻R65后与半桥驱动芯片U13的HO端连接；二极管D24的阴极，经电阻R66后与半桥驱动芯片U13的HO端连接；MOS管Q8的源极为PA_B端，经电阻R76后接地。

在图6b中，MOS管Q8的栅极，与二极管D25的阳极连接，并经电阻R72后与半桥驱动芯片U13的LO端连接；二极管D25的阴极，经电阻R51后与半桥驱动芯片U13的LO端连接；半桥驱动芯片U11的VCC端，与+12V直流电源及二极管D26的阳极连接；半桥驱动芯片U11的HIN端为Major_HRB端，LIN端为Major_LRB端，COM端接地。

由图6a和图6b可知，半桥驱动电路12中半桥驱动芯片采用IR2101，IGBT开关管13采用IRF540，IR2101的高压与低压控制信号输入管脚HIN、LIN连接图2所示的高度集成主控芯片1的A/B相全桥信号输出；A相电流采样信号通过H桥功率驱动电路的直流母线接2个小电阻R73、R74并联实现；B相电流采样方法与A相相同；自举电容C38、C39、C40、C41采用10uf电解电容。

如图7a、图7b与图7c所示，光耦隔离单元4包括+3.3V直流电源，光耦隔离芯片U1与U2，光电耦合器U3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R12、R13与R14，以及电容C1、C3与C5。

在图7a中，光耦隔离芯片U1的Anode端与电阻R1的第一连接端连接，电阻R1的第二连接端为DIR+端；Cat端为DIR-端；VCC端与+3.3V直流电源连接，经电容C1后与光耦隔离芯片U1的GND端连接，并经电阻R2后与光耦隔离芯片U1的Out端连接；Out端与电阻R3的第一连接端连接，电阻R3的第二连接端为DirOut端；GND端接地。

在图7b中，光耦隔离芯片U2的Anode端与电阻R12的第一连接端连接，电阻R12的第二连接端为PULL+端；Cat端为PULL-端；VCC端与+3.3V直流电源连接，经电容C3后与光耦隔离芯片U2的GND端及光耦隔离芯片U2的Out端连接，并经电阻R4后与光耦隔离芯片U2的Out端连接；Out端与电阻R5的第一连接端连接，电阻R5的第二连接端为Pullout端；GND端接地。

在图7c中，光电耦合器U3的第一连接端与电阻R13的第一连接端连接，电阻R13的第二连接端为ENA+端；第二连接端为ENA-端，第三连接端接地；第4连接端经电阻R14后接+3.3V直流电源，并经电容C5后接地。

由7a、图7b与图7c可知，外部输入指令（PULL+、PULL-）、方向（DIR+、DIR-）、使能信号（ENA+、ENA-），通过光藕隔离芯片U1与U2、以及广电耦合器U3隔离输出DIR、PULL、ENA，并分别连接高度集成主控芯片1的输入逻辑。

在上述实施例中，可以采用型号为TDS1002的集成芯片作为高度集成主控芯片1，P23-P26细分方式选择管脚分别连接图5拨码开关5-8位，用来做16种不同的细分选择；管脚号P4、P5、P6、P7、P23、P24、P25、P26分别接双H桥电路中（图6）IR2101芯片独立的高压（HIN）、低压输入（LIN）；高度集成主控芯片1管脚P1、P2分别与RC电阻电容网络连接，调整PWM工作频率，推荐20KHZ是IGBT工作噪声较小频率点，自动减流控制信号管脚P3接外部LM339（图4）的反相输入管脚（10脚）与同相端固定参考电压比较，输出高低电平使得基准电压减半。

如图8所示，正常报错显示电路6包括+2.5V直流电源，+5V直流电源，运算放大器U5A与U5B，发光二极管U8A与U8B，电容C54，以及电阻R19、R20、R39与R40。

在图8中，运算放大器U5B的同相输入端为Major_FAULT端，与运算放大器U5A的反相输入端连接，并经电容C54后接地；反相输入端接+2.5V直流电源，并与运算放大器U5A的同相输入端连接；输出端经电阻R39后接+5V直流电源，并与发光二极管U8B的阴极连接，发光二极管U8B的阳极经电阻R19后接+5V直流电源；运算放大器U5A的电源端接+5V直流电源，接地端接地；输出端与发光二极管U8A的阴极连接，并经电阻R40后接+5V直流电源；发光二极管U8A的阳极经电阻R20后接+5V直流电源。

如图9所示，过流保护单元10包括+5V直流电源，运算放大器U7A与U7B，电阻R17、R18、R28、R37、R42、R43、R49与R77，以及电容C21、C36、C46、C49与C55。

在图9中，运算放大器U7B的同相输入端与电阻R77的第一连接端连接，并经电容C46后接地；反相输入端与电阻R17的第一连接端、以及运算放大器U7A的反相输入端连接，并经电容C36后接地；输出端为VSA端，经电阻R37后接+5V直流电源，并经电容C55后接地；电阻R77的第二连接端为VrefA端，电阻R17的第二连接端为PA_A端。

在图9中，运算放大器U7A的同相输入端为B_currt端，经电阻R42后接+5V直流电源，并分别经电容C49与电阻R18后接地；电源端接+5V直流电源，接地端接地；输出端经电阻R28后接+5V直流电源，并依次经电阻R43与电容C21后接地，电阻R43与电容C21的公共端为OVCA端。

由图8与图9可知，高度集成主控芯片1故障输出信号管脚P40接比较器LM339输入，与一固定参考电压2.5v比较，通过发光管指示驱动器有无过压、过温、过流情况产生;A/B相绕组采集回来的电压通过TLC374比较器与一设定电压比较，输出连接到主控制芯片P8与P22作为A/B相电流保护输入。反馈电压与参考电压比较后输出连接到主控芯片A相、B相电流输入管脚P9、P21，用于内部电流控制。

如图10所示，工作电源2包括开关电源U1型号为3843B的开关电源U1，型号为78L05的稳压芯片U2，二极管D1与D2，MOS管V1，电解电容C26、C27与C28，电容C1、C2、C3、C4、C23与C25，电阻R12、R13、R15、R16、R1、R25、R26、R23与R22，以及变压器T1。

在图10中，上述开关电源U1的COMP端经电阻R13后，与开关电源U1的VFB端连接，并经电阻R12后接+12V直流电源；VFB端经电阻R15与电容C2后接+12V直流电源，电阻R15与电容C2的公共端接地；ISENSE端与电阻R16的第一连接端连接，并经电容C23后接地，电阻R16的第二连接端为feedback端；RT/CT端与电阻R1的第一连接端连接，并经电容C1后接地，电阻R1的第二连接端为VREF端，与开关电源U1的VREF端连接；VCC端与二极管D1的阴极连接，经电阻R25与电阻R26后接24-50V直流电源，并经电容C25后接地；OTPUT端经电阻R23接MOS管V1的栅极，GND端接地；二极管D1的阳极接+12V直流电源；电解电容C26的负极与二极管D1的阴极连接，电解电容C26的正极接地；变压器T1的初级线圈的第一连接端接24-50V直流电源，第二连接端接MOS管V1的漏极；次级线圈的第一连接端接二极管D2的阳极，第二连接端接地；MOS管V1的源极为feedback端，经电阻R22后接地；二极管D2的阴极与电解电容C27的负极及+12V直流电源连接，经电容C3后接地，电解电容C27的正极接地。

在图10中，稳压芯片U2的Vin端接+12V直流电源，GND端接地，Vout端与电解电容C28的负极及+5V直流电源连接，经电容C4后接地，电解电容C28的正极接地。

由图10可知，整个简单高效的混合式步进电机驱动装置的+24V~+50V直流电源输入，以3843B为高度集成主控芯片1的开关电源，输出+12V电压供半桥驱动芯片IR2101、78L05稳压芯片产生+5V电源供主控芯片与模拟部分电路；整个简单高效的混合式步进电机驱动装置具有+24V~+90V、+12V、+5V三种工作电压。

在上述实施例中，简单高效的混合式步进电机驱动装置，采用超大规模的硬件集成电路，具有高度的抗干扰性及快速的响应性；可以克服采用模拟器件构成的控制电路集成度不高，硬件设计复杂可靠性低，可重复性差的缺点。

上述实施例的简单高效的混合式步进电机驱动装置，可以实现高达256细分两相或四相混合式步进电机驱动，这是市场上步进电机驱动芯片最大64细分方案无法比拟的，高细分带来了电机更小的低速噪声和更高的控制精度；具体实施时，可以根据项目集成需要，增加相关的外围电路就可完成高精度的电机驱动，相对于基于单片机、DSP、CPLD/FPGA驱动方案，用户可以根据自身需要方便快捷完成电机高效驱动。

在上述实施例中，简单高效的混合式步进电机驱动装置具有以下特点：⑴采用高集成高性能专用电机驱动芯片作为主控芯片，结合外部最新设计功率驱动电路、过电压、过电流、过温以及减流控制电路、电流反馈比较电路实现两相混合式或四相步进电机驱动；⑵采用内部包含两个高增益、独立的、内部功率补偿的双运放作为DAC输出电流转电压芯片采用；价格两种价格低廉的四电压比较器分别作为过压、故障指示电路主控芯片与电流反馈电路主控芯片；⑶采用高性能细分步进马达芯片作为控制器，用户可以采用尽可能少的分立原件实现简单高效的马达控制，并且可以在电机运行的任何时刻改变步进电机运行状态，克服以往采用单片机或分立元器件时电机在细分状态改变或指令频率改变时的电机噪声与失步现象。另外，控制器芯片内部过流、过温、共震消除给电机驱动系统提供了安全可靠的性能保护；⑷适合驱动相电流在4.2A以下的任何一款低压两相或四相步进电机，广泛应用于数控机床、纺织机械、医疗设备、电子元件制造等自动化控制领域，具有很大的市场推广前途。

综上所述，本发明各实施例的简单高效的混合式步进电机驱动装置，由于包括高度集成主控芯片、工作电源、细分电流控制单元、光耦隔离单元、整形单元、正常报错显示电路、高压保护电路、电流反馈比较单元、过温保护单元、过流保护单元、电流自动衰减单元、半桥驱动电路、IGBT开关管、两相步进电机与驱动器电流设定单元；可以采用超大规模的硬件集成电路，具有高度的抗干扰性及快速的响应性；以克服采用模拟器件构成的控制电路集成度不高，硬件设计复杂可靠性低，可重复性差的缺点；从而可以克服现有技术中低频时电机噪声大、失步现象严重、运行可靠性低、安全性差与环境适应能力弱的缺陷，以实现电机噪声小、无失步现象、运行可靠性好、安全性好与环境适应能力强的优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，包括高度集成主控芯片、工作电源、细分电流控制单元、光耦隔离单元、整形单元、正常报错显示电路、高压保护电路、电流反馈比较单元、过温保护单元、过流保护单元、电流自动衰减单元、半桥驱动电路、IGBT开关管、两相步进电机与驱动器电流设定单元，其中：

所述工作电源、细分电流控制单元、高压保护电路、电流反馈比较单元、过流保护单元、过温保护单元与驱动器电流设定单元，均与高度集成主控芯片连接；所述高度集成主控芯片，分别与正常报错显示电路、电流自动衰减单元与半桥驱动电路连接；

所述光耦隔离单元、整形单元与高度集成主控芯片依次连接，所述半桥驱动电路、IGBT开关管与两相步进电机依次连接，所述半桥驱动电路、IGBT开关管与电流反馈比较单元依次连接。

2.根据权利要求1所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述高度集成主控芯片包括输入逻辑模块、信号整形模块、细分方式选择模块、正弦余弦信号发生器、故障检测模块、共振消除模块、对偶PWM模块、电流衰减模块、第一DAC模块、第二DAC模块、电流控制模块、时钟模块与片内ROM，其中：

所述输入逻辑模块，分别与细分方式选择模块的细分方式选择模块及信号整形模块连接；所述细分方式选择模块、复位信号模块、时钟模块与片内ROM，均与电流控制模块连接；所述电流控制模块，分别与故障检测模块及共振消除模块连接；所述共振消除模块、对偶PWM模块、电流衰减模块、正弦余弦信号发生器与信号整形模块，依次连接；所述正弦余弦信号发生器，分别与第一DAC模块及第二DAC模块连接；

所述输入逻辑模块，用于输入细分方式选择信号与使能/写/时钟选择信号；所述信号整形模块，用于输出整形输出指示信号；所述故障检测模块，用于输出故障信号；所述电流控制模块，用于输出A/B相全桥信号；所述第一DAC模块，用于输出A相正弦输出；所述第二DAC模块，用于B相正弦输出。

3.根据权利要求1所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述电流反馈比较单元包括+5V直流电源，电阻R17、R18、R28、R37、R42、R43与R77，电容C21、C36、C46、C49与C55，以及运算放大器U7A与U7B；其中：

所述电阻R77的第一连接端为VrefA端，第二连接端与运算放大器U7B的同相输入端连接、并经电容C46后接地；运算放大器U7B的反相输入端，与电阻R17的第二连接端及运算放大器U7A的反相输入端连接，并经电容C36后接地；运算放大器U7B的输出端，经电阻R37后接+5V直流电源，并经电容C55后接地；电阻R17的第一连接端为PA_A端；

所述运算放大器U7A的同相输入端，经电阻R18接地，经电容C49后接地，并经电阻R42后接+5V直流电源；运算放大器U7A的电源端接+5V直流电源，运算放大器U7A的接地端接地；运算放大器U7A的输出端，经电阻R28后接+5V直流电源，并依次经电阻R43与电容C21后接地；电阻R43与电容C21的公共端为OVCA端。 

4.根据权利要求3所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述驱动器电流设定单元，包括+12V直流电源，驱动芯片U9，电容C48，电阻R9、R10、R11、电阻R56、电阻R57与电阻R58，以及运算放大器U5D；其中：

所述驱动芯片U9采用线性稳压电源LM317，输入端INPUT接+12V直流电源，输出端OUTPUT分别与电阻R57的第一连接端及电阻R58的第二连接端连接，调整端ADJ分别与电阻R57的第二连接端、电阻R58的第二连接端、电阻R56的第一连接端及电阻R11的第二连接端连接，调整线性稳压电源LM317的外部电阻网络阻值的大小，可以设定驱动器的输出电流；

所述电阻R56的第二连接端为电阻网络开关连接端，电阻R11的第二连接端为P_Adjust端；电阻R11的第二连接端经电容C48后接地，并经电阻R10后与运算放大器U5D的输出端连接；所述运算放大器U5D的同相输入端为+2.5V电压输入端，运算放大器U5D的反相输入端为电流自减手动端；运算放大器U5D的反相输入端与电阻R9的第一连接端连接，电阻R9的第二连接端为电流自减控制端。

5.根据权利要求4所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述细分电流控制单元包括+5V直流电源、可调电阻R与拨码开关SW，其中：

在所述拨码开关SW中，上排接线板的第1、2、3接线端子均与可调电阻R的第一连接端连接，第4接线端子为自动半流控制端，第5、6、7、8接线端子均与+5V直流电源连接；下排接线板的第1、2、3接线端子均与可调电阻R的第二连接端连接，第4接线端子悬空，第5、6、7、8接线端子均接地GND。

6.根据权利要求5所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述半桥驱动电路包括+12V直流电源，24-50V直流电源，二极管D7、D8、D9、D10、D15、D16、D17、D18、D19与D20，型号为IR2101的半桥驱动芯片U10与U11，电容C38、C39与C42，MOS管Q1、Q2、Q3与Q4，以及电阻R46、R47、R48、R61、R62、R63、R64、R67、R68、R69、R73与R74；其中：

所述半桥驱动芯片U10的VCC端分别与+12V直流电源及二极管D15的阳极连接，HIN端为Major_HLA端，LIN端为Major_LIA端，COM端接地，VB端分别与二极管D15的阴极及电容C38的第一连接端连接，HO端经电阻R46后与二极管D16的阴极连接、并经电阻R68后分别与二极管D16的阳极及MOS管Q1的栅极连接，VS端为A+端、与MOS管Q1的源极、MOS管Q3的漏极、二极管D9的阳极、二极管D10的阴极及电阻R63的第二连接端连接，LO端经电阻R47后与二极管D19的阴极连接、并经电阻R67后分别与二极管D19的阳极及MOS管Q3的栅极连接；

所述电容C38的第二连接端为A+端；MOS管Q1的漏极，与24-50V的直流电源及二极管D9的阴极连接，并经电容C42后接地；二极管D10的阳极、电阻R63的第一连接端、电阻R61的第一连接端及二极管D7的阳极，均接地；MOS管Q3的源极，为PA_A端，经电阻R73后接地；

所述电阻R61的第二连接端、二极管D7的阴极、二极管D8的阳极、MOS管Q2的漏极、MOS管Q4的漏极、以及半桥驱动芯片U11的VS端连接，且为A-端，A-端经电容C39后与半桥驱动芯片U11的VB端连接；二极管D8的阴极，与24-50V直流电源及MOS管Q2的漏极连接；MOS管Q2的栅极，与二极管D17的阳极连接，并经电阻R64与半桥驱动芯片U11的HO端连接，二极管D17的阴极经电阻R62后与半桥驱动芯片U11的HO端连接；MOS管Q4的源极，经电阻R74连接；MOS管Q4的栅极，与二极管D20的阳极连接，并经电阻R69后与半桥驱动芯片U11的LO端连接，二极管D20的阴极经电阻R48后与半桥驱动芯片U11的LO端连接；

所述半桥驱动芯片U11的VCC端，与+12V直流电源及二极管D18的阳极连接，二极管D18的阴极与半桥驱动芯片U11的VB端连接；半桥驱动芯片U11的HIN端为Major_HRA端，LIN端为Major_LRA端，COM端接地；

还包括二极管D3、D4、D5与D6、D21、D22、D23、D24、D25与D26，型号为IR2101的半桥驱动芯片U12与U13，电容C40、C41与C43，MOS管Q5、Q6、Q7与Q8，以及电阻R49、R50、R51、R59、R60、R65、R66、R70、R71、R72、R75与R76；其中：

所述半桥驱动芯片U12的VCC端分别与+12V直流电源及二极管D21的阳极连接，HIN端为Major_HLB端，LIN端为Major_LIB端，COM端接地，VB端分别与二极管D21的阴极及电容C40的第一连接端连接，HO端经电阻R49后与二极管D22的阴极连接、并经电阻R71后分别与二极管D22的阳极及MOS管Q5的栅极连接，VS端为B+端、与MOS管Q5的源极、MOS管Q6的漏极连接，LO端经电阻R50后与二极管D23的阴极连接、并经电阻R70后分别与二极管D23的阳极及MOS管Q6的栅极连接；

所述电容C40的第二连接端为B+端；MOS管Q5的漏极，与24-50V的直流电源、二极管D6的阴极、二极管D3的阴极与MOS管Q7的漏极连接，并经电容C43后接地；电阻R60连接在二极管D5的阳极与阴极之间，二极管D5的阳极接地，阴极与二极管D6的阳极连接；二极管D3的阳极与二极管D4的阴极连接，电阻R59连接在二极管D4的阳极与阴极之间，二极管D4的阳极接地；MOS管Q6的源极，为PA_B端，经电阻R75后接地；

所述MOS管Q7的源极为B-端，与MOS管Q8的漏极、以及半桥驱动芯片U13的VS端连接，并经电容C41后与二极管D26的阴极、以及半桥驱动芯片U13的VB端连接；MOS管Q7的栅极，与二极管D24的阳极连接，并经电阻R65后与半桥驱动芯片U13的HO端连接；二极管D24的阴极，经电阻R66后与半桥驱动芯片U13的HO端连接；

所述MOS管Q8的源极为PA_B端，经电阻R76后接地；MOS管Q8的栅极，与二极管D25的阳极连接，并经电阻R72后与半桥驱动芯片U13的LO端连接；二极管D25的阴极，经电阻R51后与半桥驱动芯片U13的LO端连接；

所述半桥驱动芯片U11的VCC端，与+12V直流电源及二极管D26的阳极连接；半桥驱动芯片U11的HIN端为Major_HRB端，LIN端为Major_LRB端，COM端接地。

7.根据权利要求6所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述光耦隔离单元包括+3.3V直流电源，光耦隔离芯片U1与U2，光电耦合器U3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R12、R13与R14，以及电容C1、C3与C5；其中：

所述光耦隔离芯片U1的Anode端与电阻R1的第一连接端连接，电阻R1的第二连接端为DIR+端；Cat端为DIR-端；VCC端与+3.3V直流电源连接，经电容C1后与光耦隔离芯片U1的GND端连接，并经电阻R2后与光耦隔离芯片U1的Out端连接；Out端与电阻R3的第一连接端连接，电阻R3的第二连接端为DirOut端；GND端接地；

所述光耦隔离芯片U2的Anode端与电阻R12的第一连接端连接，电阻R12的第二连接端为PULL+端；Cat端为PULL-端；VCC端与+3.3V直流电源连接，经电容C3后与光耦隔离芯片U2的GND端及光耦隔离芯片U2的Out端连接，并经电阻R4后与光耦隔离芯片U2的Out端连接；Out端与电阻R5的第一连接端连接，电阻R5的第二连接端为Pullout端；GND端接地；

所述光电耦合器U3的第一连接端与电阻R13的第一连接端连接，电阻R13的第二连接端为ENA+端；第二连接端为ENA-端，第三连接端接地；第4连接端经电阻R14后接+3.3V直流电源，并经电容C5后接地。

8.根据权利要求7所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述正常报错显示电路包括+2.5V直流电源，+5V直流电源，运算放大器U5A与U5B，发光二极管U8A与U8B，电容C54，以及电阻R19、R20、R39与R40；其中：

所述运算放大器U5B的同相输入端为Major_FAULT端，与运算放大器U5A的反相输入端连接，并经电容C54后接地；反相输入端接+2.5V直流电源，并与运算放大器U5A的同相输入端连接；输出端经电阻R39后接+5V直流电源，并与发光二极管U8B的阴极连接，发光二极管U8B的阳极经电阻R19后接+5V直流电源；

所述运算放大器U5A的电源端接+5V直流电源，接地端接地；输出端与发光二极管U8A的阴极连接，并经电阻R40后接+5V直流电源；发光二极管U8A的阳极经电阻R20后接+5V直流电源。

9.根据权利要求8所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述过流保护单元包括+5V直流电源，运算放大器U7A与U7B，电阻R17、R18、R28、R37、R42、R43、R49与R77，以及电容C21、C36、C46、C49与C55；其中：

所述运算放大器U7B的同相输入端与电阻R77的第一连接端连接，并经电容C46后接地；反相输入端与电阻R17的第一连接端、以及运算放大器U7A的反相输入端连接，并经电容C36后接地；输出端为VSA端，经电阻R37后接+5V直流电源，并经电容C55后接地；电阻R77的第二连接端为VrefA端，电阻R17的第二连接端为PA_A端；

所述运算放大器U7A的同相输入端为B_currt端，经电阻R42后接+5V直流电源，并分别经电容C49与电阻R18后接地；电源端接+5V直流电源，接地端接地；输出端经电阻R28后接+5V直流电源，并依次经电阻R43与电容C21后接地，电阻R43与电容C21的公共端为OVCA端。

10.根据权利要求9所述的简单高效的混合式步进电机驱动装置，其特征在于，所述工作电源包括型号为3843B的开关电源U1，型号为78L05的稳压芯片U2，二极管D1与D2，MOS管V1，电解电容C26、C27与C28，电容C1、C2、C3、C4、C23与C25，电阻R12、R13、R15、R16、R1、R25、R26、R23与R22，以及变压器T1；其中：

所述开关电源U1的COMP端经电阻R13后，与开关电源U1的VFB端连接，并经电阻R12后接+12V直流电源；VFB端经电阻R15与电容C2后接+12V直流电源，电阻R15与电容C2的公共端接地；ISENSE端与电阻R16的第一连接端连接，并经电容C23后接地，电阻R16的第二连接端为feedback端；RT/CT端与电阻R1的第一连接端连接，并经电容C1后接地，电阻R1的第二连接端为VREF端，与开关电源U1的VREF端连接；VCC端与二极管D1的阴极连接，经电阻R25与电阻R26后接24-50V直流电源，并经电容C25后接地；OTPUT端经电阻R23接MOS管V1的栅极，GND端接地；二极管D1的阳极接+12V直流电源；电解电容C26的负极与二极管D1的阴极连接，电解电容C26的正极接地；

所述变压器T1的初级线圈的第一连接端接24-50V直流电源，第二连接端接MOS管V1的漏极；次级线圈的第一连接端接二极管D2的阳极，第二连接端接地；

所述MOS管V1的源极为feedback端，经电阻R22后接地；所述二极管D2的阴极与电解电容C27的负极及+12V直流电源连接，经电容C3后接地，电解电容C27的正极接地；

所述稳压芯片U2的Vin端接+12V直流电源，GND端接地，Vout端与电解电容C28的负极及+5V直流电源连接，经电容C4后接地，电解电容C28的正极接地。

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