Дополнительные функции драйверов шаговых двигателей. Драйвера шагового двигателя


Драйверы и контроллеры шаговых двигателей

Уважаемые клиенты!

Обращаем ваше внимание, что мы переехали. Теперь офис компании находится по новому адресу: г. Москва, ул. Дубнинская, 79Б.

Устройства управления шаговыми двигателями в станках с ЧПУ

Принцип действия шагового двигателя основан на последовательной подаче напряжения в обмотки статора, в каждый момент времени срабатывающие как магниты и фиксирующие ротор. Разница между токами в обмотках определяет угол поворота ротора. Драйвер ШД – силовое устройство, формирующее токи питания для каждой обмотки.

Виды драйверов

Одноканальные используются для управления одним ШД. Применяются при построении станков, где используются двигатели типоразмера 86 мм с током управления выше 4А.

Многоканальные представляют собой управляющую плату, на которой размещены одноканальные драйверы в количестве, соответствующем количеству приводов. Используются в станках с ШД типоразмером до 57 мм.

Характеристики драйверов

Драйверы не универсальны, под каждую модель ШД выбирается устройство с конкретным набором характеристик.

Базовые критерии выбора:

  • · выходное напряжение и ток. Должны соответствовать характеристикам двигателя;
  • · поддерживаемый протокол. Выбирается в соответствии с протоколом контроллера;
  • · деление шага. Уменьшение увеличивает плавность хода, но снижает максимальные обороты ротора и ведет к потере крутящего момента. Для решения стандартных задач хватает шага 1/64.

Дополнительные функции:

  • · подавление резонанса. Использование драйвера без этой функции приемлемо только для двигателей типоразмером до 86 мм. Алгоритмы работы функции прописываются производителем под конкретные ШД и частоты, но драйверы Leadshine серии MD, предлагаемые нашей компанией, настраиваются на один из трех диапазонов резонансных частот;
  • · снижение тока в режиме простоя. Предотвращает перегрев двигателя и уменьшает энергопотребление;
  • · плавный пуск. Постепенное увеличение напряжения при пуске ШД не приводит к ударам, как в случае с подачей тока полным напряжением;
  • · морфинг – способность драйвера к плавному переходу с микрошагов на полный шаг на высоких оборотах. В режиме микрошагов крутящий момент снижается. Инерционность ротора позволяет работать в режиме полного шага, момент в этом случае повышается.

Контроллеры ШД

Контроллеры – платы коммутации, используемые для преобразования управляющих команд, поступающих с ПК, в последовательность импульсов для драйверов. Плата может иметь дополнительный функционал – разъемы для подключения концевых ограничителей, силовые реле, разъемы для управления шпинделем. Подключается к компьютеру через LPT или USB интерфейс.

Многоканальные драйверы ШД –устройство объединяющее в себе драйвера ШД и плату коммутации. Подключаются к ПК непосредственно управляют ШД. Также в состав контроллера входят такие функциональные возможности как таймер СОЖ, конвертор ШИМ для инвертора, силовые реле, разъемы для подключения датчиков ограничения линейных перемещений. Драйвера могут исполняться на различное количество ШД.

cnc-tehnologi.ru

Дополнительные функции драйверов шаговых двигателей.

  • Статьи
  • Комплектующие станков с ЧПУ - электроника, мехатроника, двигатели

В огромном выборе драйверов шаговых двигателей, что есть сейчас на рынке, несложно запутаться. Тем более, когда продавцы стараются написать побольше текста и страшных слов в описание продукта. Тем начинающим конструкторам, кого длинные списки с перечислением "расширенных функций" и всяких опций сбивают с толку при принятии решения, призвана помочь данная статья. Здесь описаны наиболее часто встречающиеся опции, а также дана субъективная оценка реальной нужности такой функции(или отсутствия таковой).

Начнем с самых распространенных:

ОПТОИЗОЛИРОВАННЫЕ ВХОДЫ

Сейчас сложно встретить драйвер, в котором входы не изолированны гальванически от остальной части, и производители упоминают об оптоизоляции больше для проформы. Драйвер - устройство силовое, на входе у него маломощные сигналы, как правило 0..5 В, и током не более 50-100 мА, тогда как в драйвере коммутируются напряжения на порядок больше, иногда до 100-200 В, и токи бывают немалые - до 5-8А. В случае отсутствия оптопар на входе, при пробое силовой части эта энергия может устремиться в виде тока обратно по входным проводам, и повредить контроллер и подключенные к нему устройства. Поэтому защитная опторазвязка - строго обязательная часть любого нормального драйвера. Все драйверы Purelogic имеют оптоизолированные входы управления (опторазвязку).

МИКРОШАГ И МАКСИМАЛЬНАЯ ЧАСТОТА ВХОДНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Микрошаговый режим сам по себе, несомненно, полезная функция. Вопрос в том, можно ли использовать максимальное деление шага как аргумент при выборе драйвера. Иногда кажется, что производители соревнуются, кто больше делений шага сможет зашить в устройство. Многие фирмы предлагают драйверы, позволяющие делить шаг на 512 микрошагов. Для того, чтобы в таком режиме вращать вал со скоростью 20 об/сек(а это вполне нормальная скорость для качественных двигателя и драйвера), потребуется подавать импульсы STEP с частотой 512*200*20 = 2 Мгц. Тогда как сам драйвер обычно способен отрабатывать импульсы на частоте не более 200-300 кГц. Соответственно, если Вы используете деление шага 1/512 то быстрее чем 2 об/сек двигатель раскрутить не удастся - это в том случае, если Ваш контроллер может выдавать импульсы с частотой 300 кГц. Многие контроллеры ограничены частотой 100-150 кГц, и менее. Следовательно, в реальных задачах имеет смысл использовать микрошаг порядка 1/32 или 1/64, бОльшие деления - удел очень узкоспециальных применений. Мы рекомендуем не смотреть на максимальное деление шага при выборе драйвера, но желательно, чтобы драйвер позволял работать в диапазонах деления шага 1/2 - 1/64. Компания Purelogic выпускает одноканальные и многоканальные драйверы ШД с диапазоном деления шага от 2 до 64.

ФУНКЦИЯ ПОДАВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА

Она же функция компенсации резонанса, она же функция устранения среднечастотной нестабильности. Шаговые двигатели подвержены резонансу - такова их конструктивная особенность. Чем сильнее резонирует вал двигателя, тем меньший крутящий момент двигатель отдает. В 80% случаях прохождения частоты резонанса - вал останавливается. Функция подавления резонанса - помогает уменьшить негативный эффект резонанса. Этой функцией оснащены на самом деле очень мало драйверов шаговых двигателей, самые известные примеры - это драйверы Purelogic, Geckodrive и Leadshine серий DM, EM. Технологии, которые используют производители, не раскрываются, но примерно известно, что возникновение резонанса отслеживается по колебаниям ЭДС индукции, возникающим в обмотках двигателя от резонирующего ротора, после чего ПО драйвера определяет стратегию его устранения. Функция подавления резонанса достаточно полезна, и польза её растет вместе с нагрузкой на двигатель и его размером - если для двигателей 42 и 57 мм это не так существенно, то работать с 86 двигателями без такой функции уже может быть неприемлемо. Следует упомянуть, что алгоритмы подавления резонанса в блоках управления Purelogic и Geckodrive - автоматические, не требуют настройки и подобраны под конкретные типоразмеры двигателей во всем диапазоне частот. Именно поэтому Purelogic выпускают драйверы под конкретные типоразмеры ШД - PLD330 для PL42 (NEMA17), PLD440/PLD545/PLD57 для PL57 (NEMA23), PLD880/PLD86 для PL86 (NEMA34) и PLD8220 для PL110 (NEMA43). В драйверах Leadshine понадобится ручная настройка драйвера - подбор частот устранения резонанса (на выбор 3 диапазона частот) что делает эти драйверы более сложными и менее гибкими в настройке.

МОРФИНГ

Функция, впервые появившаяся в драйверах Geckodrive. В полном шаге каждая обмотка постоянно запитана полным током, а при использовании микрошагового режима - меняются по синусоидальным законам, со смещением фазы в 90 градусов. Это значит, что в режиме полного шага на ротор действует сила, складывающаяся из сил магнитного притяжения обеих обмоток статора, причем - обе этих силы максимальны(запитка полным током). В случае микрошага - две обмотки могут быть запитаны полным током только в тот момент, когда ротор проходит положение полного шага. Следовательно, момент в микрошаговом режиме - меньше чем в полу- или полношаговом. При быстром вращении, однако, можно объединять много микрошагов в один шаг - в самом деле, ротор имеет инерцию, и ни мгновенно разогнаться, ни мгновенно остановиться не может, а значит, скорость меняется плавно, и можно объединять микрошаги в полный шаг без существенной потери точности - а значит, запитывать обмотки полным током, и получать больший момент на высоких оборотах. Функция плавного перехода с микрошагового управления(синусоидальных токов) к полношаговому(запитке фаз полным током) и называется морфингом. Таково теоретическое обоснование данной функции. Драйверы Purelogic поддерживают технологию морфинга.

ПЛАВНЫЙ ПУСК ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

При подаче питания на блоки управления, ток в обмотки подается обычно просто - полным напряжением и затем отсечка по достижению нужного значения тока. Поскольку до подачи тока ротор находится неизвестно где, то в момент подачи он приходит в положение равновесия рывком - это слышно при включении питания, раздается характерный "удар". При плавном пуске напряжение питания возрастает постепенно, и вал двигателя подтягивается тоже постепенно, без удара. В целом, это благотворно сказывается на механике. Все драйверы Purelogic имеют функцию плавного запуска ШД.

СНИЖЕНИЕ ТОКА ФАЗ ПРИ ПРОСТОЕ

При простое (отсутствии управляющих сигналов) драйвер может снижать ток в обмотках до установленного значения. Это позволяет уменьшить нагрев шагового двигателя и экономить энергию. Все драйверы Purelogic имеют функцию AUTO-SLEEP - снижение тока в обмотках ШД при простое.

purelogic.ru

Драйверы шаговых двигателей - Мы земную жизнь перевернем!

Драйверы шаговых двигателей [Jan. 4th, 2018|05:19 pm]

alex_avr

Есть куча популярных микросхем-драйверов шаговых двигателей. С приходом 3D принтеров эти драйверы пошли в народ в виде stepstick модулей.

Среди популярных: A4988, DRV8825, недавно появившееся TMC2100 и прочие.

У всех этих микросхем в даташите в обязательном порядке декларируется Low RDS(ON). Т.е. низкое сопротивление транзисторов моста, через которые собственно идет ток в обмотки двигателя. Это "низкое" сопротивление обычно порядка 300-600 мОм на ключ, т.е. 0.6-1.2 ом на два ключа в сумме, работающих в мосту.

И вот тут у меня возникает внезапное желание скрутить кому-нибудь шею вопрос, почему так? 1.2 Ом это огромное сопротивление. Это почти три ватта тепла при токе 1.5А через одну обмотку шагового двигателя. Что для таких маленьких микросхем очень немало. В результате они греются как утюги, требуют радиаторов (крайне убого реализованных для модулей stepstick ), ну и горят, иногда. Подозреваю, что такие огромные сопротивления - из-за технологии, по которой на одном кристалле нужно делать и управляющую логику и силовые транзисторы. Ведь дискретные транзисторы можно купить с сопротивлениями в единицы мОм совершенно без проблем.

Интересно, есть хорошие драйвера для шаговых моторов, с по-настоящему низким сопротивлением встроенных транзисторов?

Comments:

лучше тогда взять драйвер со внешним HalfBride/FullBridge.но это понижение интегральности...наверное технологически невозможно на одном кристалле сделать и низкий RDS и управление драйвера сделать.

И ценник другой. И габариты. Имхо, для 3D-принтера такой реализации через край. 4 драйвера в стандартный шилд Ардуины. Все норм.

v digikey нет поиска по RDS?

там есть поиск по технологиям.нужно поискать по каждой и посмотреть пару даташитов, например "Bi-CMOS"

Это мост. Нужен полноценный драйвер шаговиков.

Для мощных ШД драйвер и мост обычно разделены; а то и вообще драйвер реализован на МК. ШД с током более 2А используются нечасто; так что выпуск для них полностью интегрированных драйверов, вероятно, нерентабелен.

Edited at 2018-01-04 04:00 pm (UTC)

в формате stepstick действительно до 2А.а чем кормить движки в формфакторе NEMA 23, NEMA 34 например.TB6600 - по нынешним временам старый драйвер, но 4,5А вполне спокойно выдает. есть и более мощные драйверы.

Так их на 5-амперные движки никто и не ставит. А 1-амперные вполне нормально работают и даже без радиатора (если недолго крутить). Проверял на 1.5А — под нагрузкой движок себе крутился 1 минуту, драйвер едва нагрелся.И по даташиту там 0.2 Ом сопротивление ключа, что в сумме дает 0.4 Ом на двигатель, т.е. 0.4Вт на 1А — даже того недорадиатора, что в комплекте поставляется, вполне хватит.

Вот это похоже на что-то годное :)

TB6600 stepper motor driver - не вариант? 4,5а.

Шумный биполярный утюг :)

По теме:У тексаса судя по поиску пяток подходящих с суммарным сопротивлением каналов до 500мОм и максимальным током 1,5..2А. Один глянул - похоже на правду. Наверняка подобное у СТ и Аллегро. Вопрос, как обычно, с доставаемостью.Не по теме насчет читалок EmMarine:Может не столь они и неправы. Делаю читалку и постепенно тоже к задержкам и блокировке выдачи нового кода до полного исчезновения сигнала прихожу. Иначе при типовом сценарии с несколькими картами в бумажнике глюки лезут: то одна карта читается, то другая...Так что своя прошива под своеобразное применение - это единственное решение, тем более, что еммарин легко ловится и декодируется.

500мОм как-то тоже дофига, по сравнению с тем, что можно на дискретных транзисторах собрать. Радиатор нужен..А с доставаемостью да, все плохо, что не популярное - дорогое и редкое.

>>при типовом сценарии с несколькими картами в бумажнике

Глюки неизбежны ввиду принципа самой технологии. Тем более, если пробиваются две карты, то лучше и выдавать код от обоих, если одна верная, то ключ сработает. В моей прошивке все очень шустро выдается, без каких либо задержек и подмен кодов. А вот в принимающем устройстве уже все гибко настраивается при необходимости под разные задачи.

Я думаю, в первую очередь это связано с тем, что степстик — дерьмо, сделанное с нарушением всех законов логики и физики. И в первую очередь там беда с теплоотводом, да и со всем остальным тащемта тоже.

Просто любой дизайн — это компромисс между ценой, достижимыми параметрами и еще чем-то там, про это сто раз говорено, не буду повторяться. Я подозреваю, что авторы DRV8825 и иже с ними далеко не лаптем щи хлебают и, в принципе, знают что делают. Просто они не рассчитывали на такое применение как в степстике, а просто посчитали что двух-трех квадратных дюймов меди на плате по-любому хватит для рассеяния тепла и под эту мощность сделали транзисторы. Нет никакой проблемы сделать транзисторы с более низким Rds(on), они достаточно просто и легко масштабируются увеличением числа ячеек. Но — площадь кристалла, но — цена. Итд итп. А любому вменяемому конструктору эти два-три ватта не проблема.

PS. Посмотри, там powerstep01 выше рекламируют, так у него те же два-три ватта в плату.

Edited at 2018-01-04 06:09 pm (UTC)

>> так у него те же два-три ватта в плату.При токе в 10А то?

alex-avr2.livejournal.com

Драйвер шагового двигателя EasyDriver A3967

Драйвер биполярного шагового двигателя с поддержкой «микрошага», разработанный товарищами из www.schmalzhaus.com, базируется на микросхеме A3967.

Характеристики:

  • Максимальный ток: 750 мА на одну фазу.
  • Напряжение привода двигателя: от 7В до 30В.
  • Возможность ограничения выходного тока: от 150мА до 750мА
  • 1/8, 1/4 и 1/2  микрошаговые режимы работы.
  • Управление 3 и 5 вольтовой логикой.
  • Не требует отдельного питания логической части, для этого на плате находится стабилизатор LM317.
  • Драйвер не поддерживает униполярные двигатели.

 

Назначение элементов и выводов драйвера:

Выводы:
  • MOTOR и выходы A и B — Подключение обмоток шагового двигателя. (A+ A- B+ B-)
  • PFD — Percent Fast Decay Input, тонкие настройки ШИМ драйвера микросхемы, скорость нарастания ШИМ.
  • RST — Сброс драйвера, при низком уровне сбрасывает внутренний транслятор и отключает все выходные драйверы.
  • ENABLE — При низком уровне, отключатся все выходы драйвера.
  • MS1 и MS2 — Управление микрошаговым режимом. По умолчанию входы притянуты к питанию и выставлен шаг 1/8. Для установки полного шага, на оба входа нужно подать низкий уровень, для полушага только на MS2, для 1/4 шага, только на MS1. (полный шаг (0,0), полушаг (1,0), шаг 1/4 (0,1) и шаг 1/8 (1,1).
  • PWR IN и вход M+ — Напряжение питания драйвера и моторов, также это напряжение подается на стабилизатор LM317 для питания логической части микросхемы.
  • +5V — Выход напряжения со стабилизатора LM317, можно использовать для питания Arduino
  • SLP — Сон, если подать низкий уровень, будет отключена внутренняя схема для минимизации потребления энергии.
  • STEP — Шаг, При переходе с низкого уровня на высокий, драйвер делает один шаг или микрошаг, если драйвер работает в микрошаговом режиме.
  • DIR — Состояние входа (высокий\низкий) определяет направление вращения двигателя.
  • GND — масса, все массы соединены.
Элементы:
  • Потенциометр CUR ADJ — Установка ограничения максимального тока подаваемого на двигатель, от 150 мА до 750 мА.
  • Перемычка APWR — отключает стабилизатор LM317 от цепи питания 5 вольт. По умолчанию соединена.
  • Перемычка 3/5 — Установка напряжения на выходе LM317, 5 или 3.3 вольта, По умолчанию разомкнута.

 Кратко про особенности микрошагового режима:

Сверху графики работы драйвера в полношаговом и микошаговом режиме.

В полношагом режиме, драйвер запитывает обмотки двигателя полным током, а направление тока в обмотках двигателя изменяется с каждым шагом. Считается штатным режим работы двигателя. Главное достоинство, простота реализации. Из недостатков, двигатель сильнее подвержен вибрации и резонирует на низких скоростях.

В микрошаговом режиме происходит деление шага, в данном случаи на 8, с каждым шагом обмотки запитаны не полным током, а уровнем изменяемым по синусоидальному закону. Такой метод дает возможность фиксировать вал в промежуточных положениях между шагами, увеличить количество шагов и точность позиционирования вала двигателя, уменьшает вибрацию двигателя, особенно на низких скоростях, но требует применения специализированных драйверов.

Подключение к Arduino:

код из видео.

/// код из видео https://youtu.be/yXoJgDPRips #define STEP 7 #define DIR 6 void setup() {  pinMode(STEP, OUTPUT);  pinMode(DIR, OUTPUT); } void stepper(unsigned int Step, int Speed, boolean Set) {  digitalWrite(DIR, Set);      for (int i = 0; i < Step; i++){     digitalWrite(STEP, HIGH);     delayMicroseconds(Speed);     digitalWrite(STEP, LOW);     delayMicroseconds(Speed);  }    } void loop(){  stepper(500, 500, 1);  stepper(1000, 200, 0);  stepper(500, 2000, 1);  stepper(100, 6000, 0); }

 

Видео:

 

Запись опубликована 12.03.2018 автором admin в рубрике Обзоры с метками EasyDriver A3967, шаговый двигатель.

arduinolab.pw

Драйвер шагового двигателя своими руками

Драйвер шагового двигателя своими руками — управление с помощью аудио усилителя

Драйвер шагового двигателя своими руками — хотя биполярные шаговые двигатели относительно дороги, для своих физических размеров они обеспечивают высокий вращающий момент. Однако для двух обмоток мотора требуется восемь управляющих транзисторов, соединенных в четыре Н-моста. Каждый транзистор должен выдерживать перегрузки и короткие замыкания и быстро восстанавливать работоспособность. А драйверу, соответственно, требуются сложные схемы защиты с большим количеством пассивных компонентов.

Рисунок 1

Рисунок 1. Одна микросхема в корпусе для поверхностного монтажа и несколько пассивных компонентов могут управлять биполярным шаговым двигателем.

Управление биполярным шаговым двигателем

Драйвер шагового двигателя своими руками — на Рисунке 1 показана альтернативная схема драйвера двигателя, основанная на аудио усилителе класса D компании Maxim. Микросхема МАХ9715 в миниатюрном корпусе для поверхностного монтажа может отдавать мощность до 2.8 Вт в типичную нагрузку 4 или 8 Ом. Каждый из двух выходов микросхемы образован Н-мостами из мощных MOSFET, управляющими парами линий OUTR+, OUTR- и OUTL+, OUTL-, которые подключаются к обмоткам А и В шагового двигателя, соответственно. Каждая пара формирует дифференциальный широтно-модулированный импульсный сигнал с номинальной частотой переключения 1.22 МГц. Малый уровень помех, создаваемых схемой, исключает необходимость в выходных фильтрах.

Конденсаторы развязки

Конденсаторы С1, С3, С4 и С6 служат развязкой для входов питания и смещения, а С5 и С7 выполняют накопительные функции для мощных выходных усилителей класса D. Конденсаторы С8 и С9 ограничивают полосу пропускания усилителя до 16 Гц, а ферритовые бусины L2 и L3 ослабляют электрические помехи, наводимые на длинные кабели. П-образный фильтр C1, C2, L1 подавляет помехи на входе питания микросхемы IС1. Входные сигналы микросхемы Шаг_А и Шаг_В, управляющие, соответственно, правым и левым каналами двигателя, могут формироваться любым подходящим контроллером. Внутренние цепи защищают усилитель от коротких замыканий и перегрева в случае неисправности шагового двигателя или неправильного подключения его выводов.

Таблица 1

Иллюстрация последовательности импульсов

Таблица 1 иллюстрирует последовательность импульсов Шаг_А и Шаг_В, управляющих вращением типичного шагового двигателя в одном направлении путем непрерывной подачи комбинаций сигналов от 0 до 4. Шаг 4 возвращает вал двигателя в исходное положение, завершая оборот в 360°. Чтобы изменить направление вращения мотора, начинайте формировать временную диаграмму импульсов снизу таблицы и последовательно двигайтесь по ней вверх. Подав напряжение низкого логического уровня на вход SHDN микросхемы (вывод 8), можно отключить оба канала усилителя. Формы сигналов на входах и выходах схемы представлены на Рисунке 2.

Рисунок 2

Формы сигналов в схеме на Рисунке 2: вход Шаг_А (Канал 1), вход Шаг_В (Канал 2), выходы OUTR+ (Канал 3), OUTR- (Канал 4) и сигнал на обмотках двигателя (OUTR+ минус OUTR-, средняя осциллограмма), вычисленный с помощью математической функции осциллографа.

usilitelstabo.ru

Драйвер шагового двигателя с микрошаговым режимом

Разное

Главная  Радиолюбителю  Разное

В статье представлены схема и конструкция, описан принцип действия драйвера биполярного шагового двигателя на базе микроконтроллера ATmega48. Он способен работать со многими двигателями, не содержит специализированных микросхем для управления шаговыми двигателями. Универсальность обеспечена оригинальным методом поддержания заданного тока в обмотках двигателя. Эта конструкция может послужить основой для создания аналогичных устройств, содержащих дополнительные элементы безопасности - опторазвязку входных цепей, защиту от замыкания нагрузки и пр. В описываемом устройстве в связи с предполагаемыми "умеренными"условиями его эксплуатации и для ограничения стоимости такие узлы не предусмотрены.

Целью разработки было создание простого и недорогого драйвера биполярного шагового двигателя универсального применения. Всё программное обеспечение написано на языке ассемблера AVRASM и оптимизировано по времени выполнения, что позволило решить задачу на имеющейся на момент разработки элементной базе.

Основные технические характеристики

Напряжение питания силовой части, В ...................27

Напряжение питания логической части, В ................12

Максимальная амплитуда тока фазы двигателя, А, не менее ....................... 5

Минимальная амплитуда тока фазы двигателя, А, не более .......................0,25

Предустанавливаемый коэффициент деления шага ... .1/8, 1/4, 1/2, 1/1

Автопонижение тока в режиме удержания, %...............65

Задержка автопонижения тока относительно последнего шага, с ..............3,4

Уровни управляющих сигналов ......................ТТЛ,5 В

Максимальная частота шагов, кГц.......................12

Габариты, мм .............102x68x40

Принципиальная схема драйвера приведена на рис. 1 . В его основу положены мостовые формирователи тока фаз А и В на полевых транзисторах VT1-VT4, VT5-VT8 соответственно, управляемые специализированными микросхемами-драйверами верхних и нижних ключей полумоста DA5-DA8 IR2104S. Для повышения помехоустойчивости применено раздельное питание силовой части (27 В) и логической части с драйверами силовых ключей (12 В).

Рис. 1. Принципиальная схема драйвера

Далее рассмотрим часть схемы, относящуюся к одной из фаз (фазе А), поскольку часть, относящаяся к фазе В, действует аналогично.

Мгновенное значение тока фазы устройство определяет по падению напряжения на резисторе R45, которое через интегрирующую цепь R5C6 поступает на неинвертирующий вход усилителя DA1.1 с регулируемым коэффициентом усиления, выполняющего также функцию ФНЧ первого порядка. С выхода усилителя сигнал приходит на инвертирующий вход компаратора DA3.1. Компаратор сравнивает сигнал, пропорциональный текущему через фазу двигателя току, с образцовым напряжением. Его формирует в виде ступенчатой синусоиды (для микрошагового режима работы) Таймер 1 микроконтроллера, работающий в режиме "Быстрая ШИМ" без предварительного деления. Сигнал с выхода таймера пропущен через многозвенный фильтр R1C1R3C4R7C8. Период следования широтно-модулированных импульсов - 12,7 мкс, что соответствует частоте 78,4 кГц. Резистор R23 в рабочем режиме в формировании образцового напряжения не участвует, так как выход PB3 микроконтроллера, к которому он подключён, находится в высокоимпедансном состоянии.

В режиме удержания (после отсутствия импульсов на входе "Шаг" в течение последних 3,4 с) программа устанавливает на выходе PB3 микроконтроллера низкий логический уровень, и амплитуда образцового сигнала понижается. С выхода компаратора DA3.1 с открытым коллектором, нагруженного резистором R25, результат сравнения поступает на вход компаратора DA3.2. Выход компаратора DA3.1 связан также с общим проводом через конденсатор C22. Совместно R25 и C22 - времязадающая цепь узла стабилизации тока. При его падении ниже некоторого образцового уровня происходит зарядка конденсатора C22 через резистор R25. В интервале времени от начала зарядки до достижения напряжением на конденсаторе значения, заданного делителем напряжения R27R28, питание обмотки двигателя отключено, что препятствует быстрым флюктуациям тока около образцового значения.

Этот алгоритм в классическом смысле не относится к алгоритмам стабилизации тока “Fixed-Frequency PWM” или “Fixed-Off-Time PWM”, однако на практике он показал хорошую работоспособность. При превышении током образцового значения на выходе компаратора DA3.2 установлен низкий логический уровень. Микроконтроллер реагирует на это отключением обмотки одновременным закрыванием транзисторов VT1-VT4 с помощью сигнала SD, подаваемого на драйверы DA5 и DA6. Этим достигается быстрый спад тока в обмотках двигателя. В случае спада тока ниже образцового происходит обратное, на драйверы DA5 и DA6 поступает сигнал SD высокого уровня, открывающий упомянутые транзисторы, что не препятствует нарастанию тока в обмотке.

Смена ступеней образцового напряжения, а также смена комбинаций открытых и закрытых транзисторов моста происходит с приходом очередного импульса на вход "Шаг" по алгоритмам, зависящим от предустановленного коэффициента деления шага (наличия перемычек между контактами 1-2 и 3-4 разъёма XP1) и текущего направления вращения (логического уровня сигнала на входе "Напр."). Вход "Разр." был задуман для разрешения и запрета работы двигателя, но в прилагаемой к статье версии программы он не действует.

Драйвер выполнен на двухсторонней печатной плате, чертёж печатных проводников которой изображён на рис. 2, а расположение элементов - на рис. 3. Транзисторы VT1-VT8 расположены с одной стороны платы теплоотводящими поверхностями от неё. К этим поверхностям прижат через изоляционные прокладки теплоотвод - в простейшем случае алюминиевая пластина размерами 60х60 мм. Следует заметить, что при токе фаз более 4...5 А и длительном режиме работы теплоотвода в виде пластины может оказаться недостаточно и его поверхность следует увеличить, сделав теплоотвод ребристым или игольчатым.

Рис. 2. Чертёж печатных проводников

Рис. 3. Расположение элементов на плате

Материал платы следует выбрать толщиной не менее 1 ...1,5 мм, толщина фольги - не менее 35 мкм. Печатные проводники, по которым течёт большой ток, следует обильно залудить или бандажировать медной проволокой, припаяв её по всей длине проводника.

Большая часть компонентов конструкции применена в оформлении для поверхностного монтажа. Резисторы и конденсаторы - типоразмера 1206. Резисторы R45, R50 имеют проволочные выводы и мощность - не менее 2 Вт. оксидные конденсаторы в цепях питания - с малым ESR. Подстроечные резисторы R18 и R19 - многооборотные 3296W.

Амплитудные значения тока фаз двигателя регулируют подстроечными резисторами R18, R19. Проще всего это делать, переведя драйвер в режим микрошага 1/8 и контролируя цифровым вольтметром падение напряжения на резисторах-датчикахтока R45 и R50. Подавая на вход "Шаг" одиночные импульсы, добиваются максимальных значений тока поочерёдно в фазах А и В. Подстроечными резисторами устанавливают эти значения одинаковыми и соответствующими требуемой амплитуде тока. Уменьшение сопротивления под-строечных резисторов приводит к снижению тока, и наоборот. Для ориентировки можно воспользоваться табл. 1, в которой приведена зависимость амплитуды тока фазы Imф от введённого сопротивления подстроечного резистора.

Таблица 1

Imф, A

0,25

0,5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

6.5

R18, R19, кОм

0,31

0,62

1,27

2,62

4,07

5,62

7,29

9,09

10,04

Перед включением драйвера следует установить перемычки между контактами 1-2 и контактами 3-4 разъёма XP1, обеспечивающие нужный коэффициент деления шага двигателя в соответствии с табл. 2. Программа анализирует состояние перемычек однократно в начале своей работы, дальнейшее изменение их состояния никакого влияния на работу драйвера не оказывает. Переключение коэффициента деления "на ходу" в предлагаемой версии программы не предусмотрено.

Таблица 2

Перемычки на ХР1

Коэффициент деления шага

1-2

3-4

Есть

Есть

1/1

Нет

Есть

1/2

Есть

Нет

1/4

Нет

Нет

1/8

Программу микроконтроллера и файл печатной платы в формате Sprint Layout 6.0 можно скачать здесь.

Автор: М. Резников, г. Волчанск, Украина

Дата публикации: 21.09.2016

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

Сравнение работы драйверов шаговых двигателей Orientalmotor

На видео представлена презентация шаговых приводов Oriental Motor серий CSK, CMK, RBK (слева направо соответственно). Презентация показывает, как ведут себя приводы при работе на оборотах близких к низкочастотному резонансу.

Привод CSK является самым простым и бюджетным решением. В его комплект входит мотор с базовым углом 1,8° или 0,9° и драйвер 24/36В

Этот привод обладает хорошими механическими характеристиками и надежностью, тем не менее, отсутствие поддержки режима микрошага обуславливает достаточно грубую работу в области резонанса.

В свою очередь, видно что CMK-привод работает гораздо плавнее. Приводы этой серии состоят из 2-фазного шагового двигателя и драйвера с питанием 24В.

Двигатели CMK бывают как стандартного типа с базовым углом 1,8°, так и высокоточные с базовым углом 0,9°.

Драйвер CMK обеспечивает деление микрошага от 1 до 16. С размерами 65х50,5х30 это один из самых маленьких и лёгких микрошаговых драйверов в мире.

Самую плавную и бесшумную работу обеспечивает привод RBK-серии. В него входят мотор с широким диапазоном форм-факторов и с базовым углом 1,8°, и драйвер с поддержкой питания 20 – 75В.

Драйвер RBK поддерживает технологию Smooth Drive. Эта технология обеспечивает работу драйвера с мотором в режиме микрошага при работе контроллера с драйвером в обычном режиме. Драйвер автоматически включает нужный микрошаг, при этом не требуется увеличивать ни количество ни частоту управляющих импульсов подаваемых на драйвер. Благодаря этой технологии вибрация на низких оборотах снижается в разы по сравнению с обычными приводами.

Драйвер обеспечивает деление шага до 128, что дает минимальный угол в 0,014°.

Помимо этого драйвер RBK содержит в себе функции подавления гармоник и подавления вибрации, что также снижает вибрацию на низких и средних скоростях и обеспечивает защиту от пропуска шагов.

Поддержка драйвером питающего напряжения до 75В позволяет обеспечивать высокий момент на больших скоростях

www.giden.ru