Menu Home

Бесплатная техническая библиотека для любителей и профессионалов Бесплатная техническая библиотека


ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Бесплатная библиотека / Электрику

Драйвер шагового двигателя с микрошаговым режимом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

Комментарии к статье Комментарии к статье

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. Все 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).

Драйвер шагового двигателя с микрошаговым режимом
Рис. 1. Принципиальная схема драйвера (нажмите для увеличения)

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 подключен, 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 разъема 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, чертеж печатных проводников которой изображен на рис. 2, а расположение элементов - на рис. 3. Транзисторы VT1-VT8 расположены с одной стороны платы теплоотводящими поверхностями от нее. 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.

Драйвер шагового двигателя с микрошаговым режимом
Рис. 2. Чертеж печатных проводников

Драйвер шагового двигателя с микрошаговым режимом
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 течет большой ток, следует обильно залудить или бандажировать медной проволокой, припаяв ее 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 поочередно в фазах А и В. Подстроечными резисторами устанавливают эти значения одинаковыми и соответствующими требуемой амплитуде тока. Уменьшение сопротивления подстроечных резисторов приводит к снижению тока, и наоборот. Для ориентировки можно воспользоваться табл. 1, в которой приведена зависимость амплитуды тока фазы I от введенного сопротивления подстроечного резистора.

Таблица 1

I, 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 разъема 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 с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/est-drv.zip.

Автор: М. Резников

Смотрите другие статьи раздела Электродвигатели.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальна форма бокала для сохранения пива холодным 06.11.2024

Температура пива - один из ключевых факторов, влияющих на его вкус и восприятие. Множество методов используются, чтобы сохранить напиток прохладным как можно дольше. Однако ученый Клаудио Пеллегрини из Федерального университета Сан-Жуан-дель-Рей в Бразилии предложил необычный и элегантный подход - он разработал математическую модель, которая помогает определить оптимальную форму бокала для минимизации нагрева пива. Основная цель исследования заключалась в том, чтобы минимизировать поступление тепла в пиво за счет самой формы бокала, а не дополнительных решений, таких как использование изоляционных материалов или ручек для предотвращения контакта с теплыми руками. Внимание было сосредоточено на создании дизайна, который был бы не только практичным, но и улучшал сохранение температуры напитка. Ключевая задача заключалась в том, чтобы понять, как тепло передается через стекло в зависимости от его формы, и затем разработать такой дизайн, который замедлил бы этот процесс. Для этого Пе ...>>

Космический паром 06.11.2024

Путешествия в дальний космос, особенно к Марсу, остаются сложной и рискованной задачей для человечества. Расстояние между Землей и Марсом составляет в среднем 225 миллионов километров, а традиционный перелет к Красной планете может занять до трех лет. Такое продолжительное время в условиях космоса ставит астронавтов перед серьезными угрозами для здоровья: атрофия мышц, потеря плотности костей, сердечно-сосудистые заболевания, а также опасность радиационного облучения. Однако недавние исследования предлагают альтернативный способ решения этих проблем, который может изменить наше представление о межпланетных перелетах. Исследователи Арсений Касянчук и Владимир Решетник из Киевского национального университета провели анализ более 35 000 околоземных астероидов (НЗА). В ходе своей работы они изучили период с 2020 по 2120 год, чтобы выявить объекты, которые могли бы стать естественными космическими "паромами" между планетами. Результаты показали, что 120 из этих астероидов имеют перспекти ...>>

Глядя друг на друга, собаки и люди синхронизируют работу мозга 05.11.2024

Исследование нейронной синхронизации между собаками и людьми, показало удивительное явление: когда они смотрят друг на друга и взаимодействуют, их мозговая активность синхронизируется. Это открытие стало первым случаем наблюдения подобного эффекта между представителями разных видов. Ранее нейронная синхронизация была замечена только у представителей одного вида, таких как люди, мыши и приматы. У людей этот эффект часто возникает во время разговора или взаимодействия, когда их мозг "настраивается" друг на друга. Теперь этот феномен был зафиксирован и в отношениях между человеком и собакой, что подчеркивает уникальную глубину их эмоциональной связи. Для эксперимента использовались электроэнцефалографические (ЭЭГ) устройства, которые фиксировали активность мозга у обеих сторон. Исследователи сравнили данные, когда люди и собаки находились в одной комнате, но не взаимодействовали, и когда они смотрели друг на друга и прикасались. Во время непосредственного контакта мозговые сигналы с ...>>

Случайная новость из Архива

Сверхтонкая кнопка от Panasonic 10.08.2017

Компания Panasonic сообщила о выпуске кнопки, срабатывающей от легкого прикосновения, которая является самым тонким переключателем такого рода. Ее размеры равны 2,6 х 1,6 х 0,5 мм.

Кнопка, рассчитанная на поверхностный монтаж, предназначена для мобильных и носимых устройств. По словам производителя, она является водонепроницаемой и, несмотря на малую толщину и рабочий ход 0,08 мм, обеспечивает четкий тактильный отклик. Степень защиты изделия - IP67.

Диапазон допустимых сочетаний постоянного напряжения и силы тока простирается от 10 мкА х 2 В до 20 мА х 15 В. Сопротивление контакта в замкнутом состоянии не превышает 500 мОм, а сопротивление изоляции - не менее 50 МОм (при напряжении 100 В). В течение минуты кнопка выдерживает переменное напряжение 250 В. Она рассчитана на эксплуатацию в диапазоне температур от -40°С до +85°С. Гарантированный ресурс кнопки - 500 000 срабатываний.

Предусмотрен выпуск трех разновидностей, различающихся силой, необходимой для срабатывания (1,0, 1,6 и 2,4 Н). Уточним, что толщиной 0,5 мм может похвастать только первая из них. Две другие имеют толщину 0,53 и 0,55 мм соответственно. Серийный выпуск новинки должен начаться в текущем месяце.

Другие интересные новости:

▪ Суперконденсатор в 5 раз тоньше листа бумаги

▪ Телевидение и астрономы

▪ Искусственное дерево очищает воду и выжимает ее из воздуха

▪ Эксперимент продолжается полвека

▪ Семейный кроссовер Nissan Pathfinder

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

 

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цветомузыкальные установки. Подборка статей

▪ статья Буцефал. Крылатое выражение

▪ статья Какие живые существа являются старейшими на Земле? Подробный ответ

▪ статья Укладчик-упаковщик. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Переключатель для трех гирлянд. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Малошумный вентилятор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Имя:


E-mail (не обязательно):


Комментарий:





Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua

www.diagram.com.ua
2000-2024