Бесплатная техническая библиотека

Драйвер шагового двигателя с микрошаговым режимом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Электродвигатели

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).

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.

Рис. 2. Чертеж 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 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_mф от введенного сопротивления подстроечного резистора.

Таблица 1

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

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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Компактный Canon imageFormula DR C240 05.05.2015 Компания Canon анонсировала новый высокопроизводительный сканер для рабочих групп imageFormula DR-C240, который обладает возможностями обработки широкого спектра документов, включая паспорта и другие удостоверения личности. Компактная и, в то же время, долговечная модель imageFormula DR-C240 отличается низким уровнем шума и поэтому может быть установлена как в офисах и служебных помещениях, так и в местах непосредственного обслуживания клиентов, включающих приемные стойки в банках, гостиницах, больницах и госучреждениях, которые нуждаются в сборе и обработке разнообразных конфиденциальных документов, в том числе удостоверений личности. imageFormula DR-C240 обеспечивает высокопроизводительное сканирование со скоростью до 45 стр/мин и до 90 изображений/мин при рабочей нагрузке до 4 тыс. операций в день. Устройство автоматической подачи на 60 листов поддерживает пакетную обработку больших объемов документов. Механизм подачи бумаги, ультразвуковой датчик обнаружения двойной подачи и технология сброса при обнаружении двойной подачи обеспечивают возможность сканирования различных типов носителей - от сверхтонкой бумаги (от 27 г/см2) до паспортов (толщиной до 4 мм), что позволяет отказаться от использования отдельного планшетного сканера для сканирования паспортов. "Мы разработали новый сканер с учетом отзывов и потребностей клиентов. Рынок децентрализованного сканирования активно развивается, и мы наблюдаем рост потребительского спроса на компактные и, в то же время, высокопроизводительные настольные документные сканеры, - отметил Тим Броснихан (Tim Brosnihan), менеджер по маркетингу "Решения для сканирования документов" Canon Europe. - Особенность модели DR-C240 состоит в возможности сканирования широкого спектра документов, включая паспорта, с применением стандартного устройства подачи, что позволяет использовать новинку как у стоек обслуживания клиентов в банках и отелях, так и в корпоративной среде с высокой рабочей нагрузкой сканирования". В комплект поставки imageFormula DR-C240 входит интуитивно понятное программное обеспечение CaptureOnTouch 3 для оптимизации процесса сканирования, результаты которого сохраняются в разных форматах и отправляются в различные хранилища, среди которых - облачные службы SharePoint, DropBox Evernote, OneDrive, Google Drive и Sugar Sync. Решение Canon CapturePerfect обладает расширенными возможностями обработки изображения, включая автоматическое разделение партий документов и зональное распознавание текста. Кроме того, устройство imageFormula DR-C240 оснащено приложением для оптимизации качества изображения Kofax VRS и инструментами eCopy PDF Pro, предназначенными для создания, редактирования и конвертирования документов в формат PDF.

Другие интересные новости:

▪ Аккумулятор на крыше автомобиля

▪ Мозговые импланты для восстановления зрения

▪ Наушники услышат конкретного человека

▪ Мозг превращает слова в картинки

▪ Магнитный тумблер для клетки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цифровая техника. Подборка статей

▪ статья Ферма Пьер. Биография ученого

▪ Как Римская республика стала самым развитым государством Средиземноморья? Подробный ответ

▪ статья Мастер аварийно-спасательных, судоподъемных, подводно-технических и других специальных работ. Должностная инструкция

▪ статья Конструктивные особенности и дизайн. Регулировка и измерения параметров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автоподзаряд аккумулятора резервного питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025