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1. 仿真图

2. 驱动电路原理解析

2.1 两相四线混合式步进电机驱动原理

首先给出两相四线混合式步进电机的整步驱动顺序图。

可以看出，两相驱动电压的相位差为90°。

在驱动电路中，一个H桥驱动一相电压。因此，第一节中驱动电路的左右两个H桥的脉冲电压源的相位应该相差90°。

2.2 驱动电路原理

以驱动电路中的其中一个H桥举例。

驱动器处于驱动状态时，脉冲源V5、V2同相位，脉冲源V6、V1同相位，脉冲源V6、V1的相位比脉冲源V5、V2滞后180°。
V5：

V2：

V6：

V1：
V7：

V3：

V8：

V4：

当脉冲源V5、V2为高电平时，Q5导通，Q6导通，导致Q4的栅极直接接地，Q4关断；与此同时，脉冲源V6、V1为低电平，Q2关断，Q3关断，Q1栅极的电压由电荷泵抬升至接近48V，Q1导通。

注：电荷泵原理见H桥电机驱动电路用电荷泵电路。

此时H桥的状态为：Q4关断，Q5导通，Q1导通，Q4关断。因此这一相线圈等效模型(由等效电阻和等效电感组成)的电流流向为：由L1流向R3。

类似的，当脉冲源V5、V2为高电平，脉冲源V6、V1为低电平时，电流流向为：由R3流向L1。

加一个示波器，观察步进电机此相的电压波形。

另外一个H桥的驱动原理与上述相同。

3. 电路仿真

参考2.1小节的两相电机整步驱动图，定义仿真电路中的引线端编号如下图所示。

开始仿真，可以观察到示波器中的波形如下图所示。

两相电压相位差为90°，满足两相四线混合式步进电机的整步驱动要求。

4. 电路优化

4.1 待优化问题

在上桥臂MOS管的栅源极放置一个示波器测量电压，可以发现V_GS的最大值达到了24.735V，最小值达到了-24.632V。

然而一般MOS管V_GS的耐压值为±20V，因此此驱动电路无法正常工作。

4.2 分析问题原因

4.2.1 V_GS过高的原因

考虑到上桥臂MOS管的栅极电压是由电荷泵电路提供的，因此问题定位在电荷泵的输出电压上。利用示波器测量电荷泵的输出电压，发现电荷泵输出电压达到了48V，因此当Q4导通时，其V_GS超过24V。

所以，若想使V_GS不超过20V，应当从降低电荷泵输出电压入手。

4.2.2 V_GS过低的原因

V_GS的最低电压超过-24V的原因还未找到。猜测可能是仿真软件的原因。

4.3 解决问题

在电荷泵电路输出部分，增加电阻R11和稳压管D17组成稳压电路，将电荷泵电路输出电压稳定在33V附近，最终V_GS的最高电压为9V左右。

为了解决V_GS的最低电压过低的问题，在上桥臂MOS管的栅极增加了一个接地二极管，尝试将其栅极电位钳制在二极管导通电压附近。结果并不理想。

附：R11的计算方法：Q4栅极导通时，R6支路电流为5.6mA，为使稳压二极管工作在稳压状态，稳压二极管的支路电流假设为8mA，因此R11的阻值应为(48-33)/(0.0056+0.008) 约等于1.1k。
参考：https://blog.csdn.net/mahoon411/article/details/108950926

最终优化完成的电路图如下图所示。

此驱动电路的原始文件可通过下面链接下载：
步进电机双H桥驱动电路仿真.zip