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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Driver per motore passo-passo con microstepping. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / motori elettrici L'articolo presenta uno schema e un design, descrive il principio di funzionamento di un driver per motore passo-passo bipolare basato sul microcontrollore ATmega48. È in grado di funzionare con molti motori, non contiene microcircuiti specializzati per il controllo dei motori passo-passo. La versatilità è assicurata dal metodo originale di mantenere una data corrente negli avvolgimenti del motore. Questo progetto può servire come base per la creazione di dispositivi simili contenenti elementi di sicurezza aggiuntivi: circuiti di ingresso optoaccoppiatore, protezione da cortocircuito del carico, ecc. Nel dispositivo descritto, a causa delle presunte condizioni "moderate" del suo funzionamento e per limitare il costo , tali nodi non vengono forniti. L'obiettivo di sviluppo era quello di creare un driver per motore passo-passo bipolare semplice ed economico per uso universale. Tutto il software è scritto in linguaggio assembly AVRASM e ottimizzato in termini di runtime, il che ha permesso di risolvere il problema sulla base di elementi disponibili al momento dello sviluppo. Principali caratteristiche tecniche
Il diagramma schematico del driver è mostrato in fig. 1 . Si basa sui driver di corrente a ponte delle fasi A e B sui transistor ad effetto di campo VT1-VT4, VT5-VT8, rispettivamente, controllati da chip driver specializzati per i tasti semiponte superiore e inferiore DA5-DA8 IR2104S. Per aumentare l'immunità ai disturbi è stata utilizzata un'alimentazione separata per la parte di potenza (27 V) e la parte logica con i driver dell'interruttore di potenza (12 V).
Successivamente, considera la parte del circuito relativa a una delle fasi (fase A), poiché la parte relativa alla fase B agisce in modo simile. Il dispositivo determina il valore istantaneo della corrente di fase dalla caduta di tensione ai capi del resistore R45, che, tramite il circuito integratore R5C6, viene alimentato all'ingresso non invertente dell'amplificatore DA1.1 con guadagno regolabile, che svolge anche la funzione di un filtro passa-basso del primo ordine. Dall'uscita dell'amplificatore, il segnale arriva all'ingresso invertente del comparatore DA3.1. Il comparatore confronta un segnale proporzionale alla corrente che attraversa la fase del motore con una tensione di riferimento. È formato sotto forma di sinusoide a gradini (per funzionamento a micropassi) dal Timer 1 del microcontrollore, operante in modalità "Fast PWM" senza divisione preliminare. Il segnale dall'uscita del timer viene fatto passare attraverso un filtro multistadio R1C1R3C4R7C8. Il periodo di ripetizione degli impulsi modulati in larghezza è di 12,7 μs, che corrisponde a una frequenza di 78,4 kHz. Il resistore R23 nella modalità operativa non partecipa alla formazione della tensione di riferimento, poiché l'uscita PB3 del microcontrollore a cui è collegato è in uno stato di alta impedenza. Nella modalità hold (dopo l'assenza di impulsi all'ingresso "Step" durante gli ultimi 3,4 s), il programma imposta l'uscita PB3 del microcontrollore a un livello logico basso e l'ampiezza del segnale esemplare diminuisce. Dall'uscita del comparatore DA3.1 con un collettore aperto, caricato con il resistore R25, il risultato del confronto viene inviato all'ingresso del comparatore DA3.2. Anche l'uscita del comparatore DA3.1 è collegata al filo comune attraverso il condensatore C22. Insieme, R25 e C22 sono il circuito di temporizzazione dell'attuale unità di stabilizzazione. Quando scende al di sotto di un certo livello di riferimento, il condensatore C22 viene caricato attraverso il resistore R25. Nell'intervallo di tempo dall'inizio della carica fino a quando la tensione sul condensatore raggiunge il valore impostato dal partitore di tensione R27R28, l'alimentazione all'avvolgimento del motore viene interrotta, il che impedisce rapide fluttuazioni di corrente attorno al valore di riferimento. Questo algoritmo in senso classico non si applica agli algoritmi di stabilizzazione della corrente "Fixed-Frequency PWM" o "Fixed-Off-Time PWM", ma in pratica ha mostrato buone prestazioni. Quando la corrente supera il valore esemplare, l'uscita del comparatore DA3.2 viene impostata su un livello logico basso. Il microcontrollore reagisce a questo spegnendo l'avvolgimento e chiudendo contemporaneamente i transistor VT1-VT4 utilizzando il segnale SD fornito ai driver DA5 e DA6. In questo modo si ottiene una rapida caduta di corrente negli avvolgimenti del motore. In caso di caduta di corrente al di sotto di quella esemplare, accade il contrario, viene inviato un segnale SD di alto livello ai driver DA5 e DA6, che apre detti transistor, il che non impedisce alla corrente di salire nell'avvolgimento. La modifica dei passi della tensione di riferimento, così come la modifica delle combinazioni di transistor aperti e chiusi del ponte, avviene con l'arrivo dell'impulso successivo all'ingresso "Step" secondo algoritmi che dipendono dal fattore di divisione del passo preimpostato (il presenza di ponticelli tra i contatti 1-2 e 3-4 del connettore XP1) e il senso di rotazione attuale (livello logico del segnale all'ingresso "Dir."). Ingresso "Abilita". è stato concepito per abilitare e disabilitare il motore, ma non funziona nella versione del programma allegata all'articolo. Il driver è realizzato su un circuito stampato a doppia faccia, il cui disegno dei conduttori stampati è mostrato in Fig. 2, e la disposizione degli elementi - in fig. 3. I transistor VT1-VT8 si trovano su un lato della scheda con superfici che rimuovono il calore da essa. Su queste superfici viene premuto un dissipatore di calore tramite distanziatori isolanti: nel caso più semplice, una piastra di alluminio di 60x60 mm. Va notato che con una corrente di fase superiore a 4 ... 5 A e un funzionamento a lungo termine del dissipatore di calore sotto forma di una piastra, potrebbe non essere sufficiente e la sua superficie dovrebbe essere aumentata rendendo il calore lavello nervato o aghiforme.
Il materiale del pannello deve essere selezionato con uno spessore di almeno 1 ... 1,5 mm, lo spessore della lamina deve essere di almeno 35 micron. I conduttori stampati, attraverso i quali scorre una grande corrente, devono essere abbondantemente stagnati o fasciati con filo di rame, saldati lungo l'intera lunghezza del conduttore. La maggior parte dei componenti di progettazione viene utilizzata nella progettazione a montaggio superficiale. Resistori e condensatori - dimensione 1206. I resistori R45, R50 hanno conduttori e potenza - almeno 2 watt. condensatori di ossido nei circuiti di potenza - con basso ESR. Trimmer resistenze R18 e R19 - multigiro 3296W. I valori di ampiezza della corrente di fase del motore sono regolati dai resistori di regolazione R18, R19. Il modo più semplice per farlo è passare il driver alla modalità 1/8 microstep e monitorare la caduta di tensione attraverso i resistori del sensore di corrente R45 e R50 con un voltmetro digitale. Applicando i singoli impulsi all'ingresso "Step", i valori massimi di corrente vengono raggiunti alternativamente nelle fasi A e B. Questi valori sono impostati sugli stessi valori e corrispondenti al ampiezza di corrente richiesta con resistori trimmer. La riduzione della resistenza dei resistori di sintonia comporta una diminuzione della corrente e viceversa. Per l'orientamento, puoi usare la tabella. 1, che mostra la dipendenza dell'ampiezza della corrente fase Imf dalla resistenza immessa del resistore di sintonia. Tabella 1
Prima di accendere il driver, installare i ponticelli tra i contatti 1-2 e i contatti 3-4 del connettore XP1, che forniscono il rapporto richiesto della divisione del passo del motore secondo la tabella. 2. Il programma analizza lo stato dei ponticelli una volta all'inizio del suo lavoro, ulteriori cambiamenti nel loro stato non hanno alcun effetto sul funzionamento del driver. Non è previsto il cambio del fattore di divisione "al volo" nella versione proposta del programma. Tabella 2
Il programma del microcontrollore e il file PCB in formato Sprint Layout 6.0 possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/est-drv.zip. Autore: M. Reznikov
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