技术指南：步进电机的整步、半步与微步驱动

当您选择一个步进电机时，您会看到一个“步距角”规格（例如 1.8°），这代表电机在“整步”模式下，每接收一个脉冲所转动的物理角度。一个 1.8° 的电机，转一圈（360°）需要 200 步。

然而，电机的实际运动方式（平稳性、噪音和分辨率）并不完全由电机本身决定，而是由步进电机驱动器的控制模式（即“步进模式”）决定。驱动器通过控制输送给电机线圈的电流，来实现不同的步进模式。

让我们来探讨三种最常见的驱动模式：整步、半步和微步。

1. 整步驱动 (Full-Step)

整步驱动是步进电机最基本、最简单的驱动模式。顾名思义，驱动器每发送一个脉冲，电机就移动一个完整的“基本步”（例如 1.8°）。

在实际应用中，整步驱动主要有两种形式：

单相整步（Wave Drive）：驱动器在任一时刻只为一个相（绕组）通电。例如，按 A → B → A’ → B’ 的顺序循环。这种方式功耗最低，但由于只有一个线圈在工作，它产生的扭矩也最低（大约是额定扭矩的 70%），因此在实际中很少使用。
双相整步（High-Torque Full-Step）：这是最常用的整步模式。驱动器在任一时刻同时为两个相通电（例如 A+B → B+A’ → A’+B’ → B’+A’）。通过让两个线圈协同工作，这种模式可以使电机在每个步进位置都输出 100% 的额定扭矩。

优势：

局限性：

半步驱动是在整步驱动基础上提高分辨率的一种简单方式。它通过在“单相通电”和“双相通电”之间交替切换来实现。

其通电顺序如下：(A+B) → (B) → (B+A’) → (A’) → (A’+B’) …

优势：

局限性：

扭矩波动（Torque Ripple）： 这是半步驱动最大的问题。当两个相通电时（如 A+B），电机输出 100% 的扭矩；但当只有一个相通电时（如 B），电机只能输出约 70% 的扭矩。这种高低交替的扭矩会导致电机在运行时（尤其是在负载下）产生“扭矩波动”，可能导致运行不稳定。

注意：一些高级驱动器可以通过在“单相”步骤时提高电流（例如提高到 141%）来补偿扭矩损失，使其接近恒定扭矩。但这实质上已经是微步驱动的雏形。

微步驱动是目前最先进、也是应用最广泛的驱动模式。它彻底抛弃了“开/关”式的电流控制，而是通过向电机的两个相（绕组）提供比例精确的正弦/余弦电流，将一个完整的“整步”细分成许多更小的“微步”。

常见的细分包括 1/4、1/8、1/16、1/32 甚至 1/256。

工作原理：

驱动器不再是简单地从 0% A 相电流跳到 100% B 相电流，而是平滑地过渡，例如：(100% A, 0% B) → (98% A, 20% B) → (92% A, 38% B) … 这种平滑的电流变化使得转子可以稳定地停留在两个整步位置之间的任意“微位置”上。

优势：

极高的分辨率： 一个 200 步的电机，在 1/16 微步模式下，将拥有 200 * 16 = 3200 步/圈的分辨率。这在很多应用中可以替代昂贵的机械齿轮箱。
极其平稳、安静： 电机运动如丝般顺滑，几乎消除了在整步或半步模式下常见的振动和噪音。
消除共振： 由于电机平滑地“滑过”了低速共振点，因此极大地改善了低速运行性能。

局例限性（实际应用中的关键考量）：

扭矩与精度并非线性： 微步驱动提供了出色的分辨率，但并不总能提供同等的精度。电机的最大保持扭矩只存在于“整步”位置上。在“微步”位置，保持扭矩会降低。如果负载过高，电机可能会被“拉”到最近的一个整步位置，导致精度下降。
电流需求： 为实现平滑的微步运动，驱动器需要更复杂，并且通常需要更高的总电流来维持扭矩。

微步驱动 是现代步进电机应用的标准选择。它提供了无与伦比的平稳性和高分辨率，是实现精密、安静运动控制的首选方案。在选择时，只需根据负载和精度需求，选择合适的微步细分（例如 1/8 或 1/16）即可。

整步驱动 适用于那些只关心最大保持扭矩、不关心噪音和振动的简单定位任务。

半步驱动 是一个过时的折中方案，它的大部分优势都已被微步驱动所取代。