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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA
Driver de motor de passo com micropasso. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Motores elétricos O artigo apresenta um diagrama e projeto, descreve o princípio de funcionamento de um driver de motor de passo bipolar baseado no microcontrolador ATmega48. É capaz de trabalhar com muitos motores, não contém microcircuitos especializados para controlar motores de passo. A versatilidade é garantida pelo método original de manter uma determinada corrente nos enrolamentos do motor. Este projeto pode servir de base para a criação de dispositivos semelhantes contendo elementos de segurança adicionais - circuitos de entrada do optoacoplador, proteção contra curto-circuito de carga, etc. No dispositivo descrito, devido às condições "moderadas" de sua operação e para limitar o custo , esses nós não são fornecidos. O objetivo do desenvolvimento era criar um driver de motor de passo bipolar simples e barato para uso universal. Todo o software é escrito em linguagem assembly AVRASM e otimizado em termos de tempo de execução, o que permitiu resolver o problema na base de elementos disponível no momento do desenvolvimento. Principais características técnicas
O diagrama esquemático do driver é mostrado na fig. 1 . É baseado em drivers de corrente de ponte das fases A e B em transistores de efeito de campo VT1-VT4, VT5-VT8, respectivamente, controlados por chips de driver especializados para as chaves de meia ponte superior e inferior DA5-DA8 IR2104S. Para aumentar a imunidade a ruídos, foi utilizada fonte de alimentação separada para a parte de alimentação (27 V) e a parte lógica com drivers de chave de alimentação (12 V).
A seguir, considere a parte do circuito relacionada a uma das fases (fase A), pois a parte relacionada à fase B age de maneira semelhante. O dispositivo determina o valor instantâneo da corrente de fase pela queda de tensão no resistor R45, que, através do circuito integrador R5C6, é alimentado na entrada não inversora do amplificador DA1.1 com ganho ajustável, que também executa a função de um filtro passa-baixa de primeira ordem. Da saída do amplificador, o sinal chega à entrada inversora do comparador DA3.1. O comparador compara um sinal proporcional à corrente que flui pela fase do motor com uma tensão de referência. É formado na forma de uma senóide escalonada (para operação em microstep) pelo Timer 1 do microcontrolador, operando no modo "Fast PWM" sem divisão preliminar. O sinal da saída do temporizador passa por um filtro de vários estágios R1C1R3C4R7C8. O período de repetição dos pulsos modulados em largura é de 12,7 μs, o que corresponde a uma frequência de 78,4 kHz. O resistor R23 no modo de operação não participa da formação da tensão de referência, pois a saída PB3 do microcontrolador ao qual está conectado está em estado de alta impedância. No modo hold (após a ausência de pulsos na entrada "Step" durante os últimos 3,4 s), o programa coloca a saída PB3 do microcontrolador em um nível lógico baixo e a amplitude do sinal exemplar diminui. Da saída do comparador DA3.1 com coletor aberto, carregado com o resistor R25, o resultado da comparação é enviado para a entrada do comparador DA3.2. A saída do comparador DA3.1 também é conectada ao fio comum através do capacitor C22. Juntos, R25 e C22 são o circuito de temporização da unidade de estabilização de corrente. Quando cai abaixo de um certo nível de referência, o capacitor C22 é carregado através do resistor R25. No intervalo de tempo desde o início do carregamento até que a tensão no capacitor atinja o valor definido pelo divisor de tensão R27R28, a energia do enrolamento do motor é desligada, o que evita flutuações rápidas de corrente em torno do valor de referência. Este algoritmo no sentido clássico não se aplica aos algoritmos de estabilização de corrente “Fixed-Frequency PWM” ou “Fixed-Off-Time PWM”, mas na prática mostrou bom desempenho. Quando a corrente excede o valor exemplar, a saída do comparador DA3.2 é ajustada para um nível lógico baixo. O microcontrolador reage a isso desligando o enrolamento e fechando simultaneamente os transistores VT1-VT4 usando o sinal SD fornecido aos drivers DA5 e DA6. Isso atinge uma queda rápida na corrente nos enrolamentos do motor. No caso de uma queda de corrente abaixo da exemplar, ocorre o contrário, um sinal SD de alto nível é enviado aos drivers DA5 e DA6, que abre os referidos transistores, o que não impede que a corrente suba no enrolamento. A alteração dos degraus da tensão de referência, bem como a alteração das combinações de transistores abertos e fechados da ponte, ocorre com a chegada do próximo pulso na entrada "Step" segundo algoritmos que dependem do fator de divisão de degrau predefinido (o presença de jumpers entre os contatos 1-2 e 3-4 do conector XP1) e o sentido de rotação atual (nível lógico do sinal na entrada "Dir."). Entrada "Habilitar" foi concebido para habilitar e desabilitar o motor, mas não funciona na versão do programa anexado ao artigo. O driver é feito em uma placa de circuito impresso de dupla face, cujo desenho dos condutores impressos é mostrado na Fig. 2, e a disposição dos elementos - na fig. 3. Os transistores VT1-VT8 estão localizados em um lado da placa com superfícies de remoção de calor. Um dissipador de calor é pressionado nessas superfícies por meio de espaçadores isolantes - no caso mais simples, uma placa de alumínio medindo 60x60 mm. Deve-se notar que com uma corrente de fase de mais de 4 ... 5 A e uma operação de longo prazo do dissipador de calor na forma de uma placa, pode não ser suficiente e sua superfície deve ser aumentada, tornando o calor pia com nervuras ou em forma de agulha.
O material da placa deve ser selecionado com uma espessura de pelo menos 1 ... 1,5 mm, a espessura da folha deve ser de pelo menos 35 mícrons. Os condutores impressos, através dos quais flui uma grande corrente, devem ser abundantemente estanhados ou enfaixados com fio de cobre, soldados ao longo de todo o comprimento do condutor. A maioria dos componentes do projeto é usada no projeto de montagem em superfície. Resistores e capacitores - tamanho 1206. Os resistores R45, R50 têm fios condutores e potência - pelo menos 2 watts. capacitores de óxido em circuitos de potência - com baixo ESR. Resistores trimmer R18 e R19 - multivoltas 3296W. Os valores de amplitude da corrente de fase do motor são regulados pelos resistores de corte R18, R19. A maneira mais fácil de fazer isso é alternando o driver para o modo 1/8 microstep e monitorando a queda de tensão nos resistores do sensor de corrente R45 e R50 com um voltímetro digital. Ao aplicar pulsos únicos à entrada "Step", os valores máximos de corrente são alcançados alternadamente nas fases A e B. Esses valores são ajustados para os mesmos valores e correspondentes ao amplitude de corrente necessária com resistores trimmer. A redução da resistência dos resistores de ajuste leva a uma diminuição da corrente e vice-versa. Para orientação, você pode usar a tabela. 1, que mostra a dependência da amplitude da fase atual Imf da resistência inserida do resistor de ajuste. Tabela 1
Antes de ligar o driver, instale jumpers entre os contatos 1-2 e os contatos 3-4 do conector XP1, que fornecem a relação necessária da divisão do passo do motor de acordo com a Tabela. 2. O programa analisa o estado dos jumpers uma vez no início de seu trabalho, alterações posteriores em seu estado não afetam a operação do driver. A troca do fator de divisão "on the fly" na versão proposta do programa não é fornecida. Tabela 2
O programa do microcontrolador e o arquivo PCB no formato Sprint Layout 6.0 podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/est-drv.zip. Autor: M. Reznikov
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