Jak vybrat správný integrovaný obvod ovladače pro krokové motory

Tento článek popisuje vlastnosti a funkce integrovaných obvodů, které zjednodušují řízení krokového motoru.

V předchozím článku jsme zkoumali problém ovládání typického (tj. Kartáčovaného) stejnosměrného motoru pomocí integrovaných obvodů. Tato zařízení poskytují funkce, díky nimž je implementace vysoce výkonného systému postaveného na kartáčovaném stejnosměrném motoru mnohem jednodušší, a totéž platí pro integrované obvody, které mohou řídit krokové motory.

Rychlý přehled: Jak zkontrolovat krokový motor

Typický krokový motor s permanentním magnetem má dvě vinutí. Pokud systém používá bipolární budič, otáčení se provádí aplikací konkrétního vzoru proudu vpřed a vzad přes dvě vinutí. Proto bipolární jednotka vyžaduje pro každé vinutí jeden H můstek. Unipolární jednotka používá čtyři samostatné budiče a nemusí být schopné aplikovat proud v obou směrech: střed vinutí je poskytován jako samostatné připojení motoru a každý budič zajišťuje tok proudu ze středu vinutí na jeho konec. cívka. Proud asociovaný s každým regulátorem teče vždy stejným směrem.

Bipolární jednotka (vlevo) a unipolární jednotka (vpravo). Směr toku proudu v unipolárním systému naznačuje, že střed každého vinutí závisí na napájecím napětí motoru.

Obecné integrované obvody pro krokové ovládání

První věc, kterou je třeba mít na paměti, je, že s krokovými motory lze použít integrované obvody navržené pro základní funkce řízení motoru nebo dokonce jen pro základní funkce ovladače. Jako krokový ovladač nepotřebujete speciálně označený nebo prodávaný IC. Pokud používáte bipolární budič, potřebujete dva H můstky na krokový motor; Pokud používáte unipolární přístup, potřebujete čtyři ovladače pro motor, ale každý ovladač může být jeden tranzistor, protože vše, co děláte, je zapnutí a vypnutí proudu místo změny jeho směru.

Příkladem dílu v kategorii „Generic IC“ je DRV8803 od společnosti Texas Instruments. Toto zařízení je popsáno jako „řešení ovladače pro jakoukoli aplikaci přepínače nízké strany“.

Schéma převzato z datového listu DRV8803.

U zařízení, jako je toto, je připojeno k centrálnímu napájecímu napětí vinutí krokového motoru a vinutí se aktivuje otevřením dolních bočních tranzistorů, aby mohl proud protékat napájením. polovina obalu. Od tranzistoru k zemi.

Obecný přístup IC je užitečný, pokud již máte vhodný ovladač nebo máte zkušenosti – můžete ušetřit pár dolarů opětovným použitím staré součásti, nebo můžete ušetřit čas zahrnutím osvědčené součásti do svého schématu (a snížit pravděpodobnost chyb v návrhu). krokový ovladač. Nevýhodou je, že složitější integrovaný obvod může poskytnout vylepšené funkce a poskytnout jednodušší konstrukční úlohu, takže dávám přednost krokovému ovladači s dalšími funkcemi.

Plně vybavené krokové ovladače

Vysoce integrované ovladače krokových motorů mohou značně snížit objem konstrukčního úsilí při použití výkonnějších krokových motorů. První užitečnou funkcí, která mě napadne, je schopnost automaticky generovat krokový vzor, ​​tj. Převádět jednoduché vstupní signály ovládání motoru na požadované vzorové kroky.

Jako příklad si vezměte L6208 od STMicroelectronics.

Schéma převzato z datového listu L6208.

L6208 místo logických vstupů, které přímo řídí proud přiváděný do vinutí motoru,

• špendlík, který si vybírá mezi polovičními a úplnými kroky,
• čep, který určuje směr otáčení,
• a „hodinový“ vstupní kolík, který způsobí, že vnitřní řídicí stroj motoru postoupí o jeden krok v reakci na vzestupnou hranu.

Toto rozhraní je mnohem intuitivnější než skutečné sekvence zapnutí / vypnutí, které platí pro tranzistory připojené k vinutí (příklad je uveden níže).

Jedná se o model s úplným krokem pro řízení bipolárního krokového motoru. „A“ a „B“ označují dvě vinutí a sloupce „Q“ označují stav tranzistorů ovládajících proud vinutí. Tabulka převzatá z této poznámky k aplikaci zveřejněné společností Silicon Labs.

Mikro kroky

Jak název napovídá, mikrokrokování způsobuje, že krokový motor provádí podstatně méně než jeden krok otáčení. Může to být 1/4 kroku nebo 1/256 kroku nebo někde mezi nimi. Mikrokrokování umožňuje umístění motoru s vyšším rozlišením a také zajišťuje plynulejší otáčení. Mikrokrokování je v některých aplikacích zcela zbytečné. Pokud však váš systém může využívat výhod extrémně přesného polohování, plynulejšího otáčení nebo sníženého mechanického šumu, měli byste zvážit řadič IC s možností mikroprocesoru.

TMC2202 společnosti Trinamic je příkladem mikrokrokového ovladače.

Schéma převzato z datového listu TMC2202.

Velikost kroku může být tak malá jako 1/32 celého kroku, a pak existuje nějaký druh interpolační funkce, která poskytuje „256 mikrokroků plnou plynulost“. Tento čip vám také poskytne představu o tom, jak komplikovaný může být krokový ovladač – má rozhraní UART pro řízení a diagnostiku, patentovaný algoritmus pohonu, který zlepšuje provoz při zastavení a nízké rychlosti, a řadu dalších věcí, které dokáže číst. 81stránkový datový list.

výsledek

Pokud máte mikrokontrolér pro vytváření krokového vzoru a máte dostatek času a motivace k psaní spolehlivého kódu, můžete ovládat krokový motor se samostatnými FET. Téměř ve všech případech je však vhodnější použít nějaký typ integrovaného obvodu a neměli byste mít příliš mnoho problémů s nalezením dílu vhodného pro vaši aplikaci, protože na výběr je tolik zařízení a funkcí.