микросхемы управления

Точное управление положением, достигаемое шаговыми двигателями, используется во многих приложениях, но для того, чтобы не заглохнуть, шаговые моторы, как правило, требуют дополнительного тока. Поэтому многие инженеры и пользователи ищут оптимизированное управление такими силовыми агрегатами.

Особенности микросхем драйвера для шаговых двигателей

При подборе схемы контроллера следует учитывать особенности и функциональные возможности, предлагаемые разными интегральными схемами, которые упрощают задачу управления шаговым двигателем.

Эти устройства обеспечивают функциональные возможности, которые значительно упрощают реализацию высокопроизводительной системы, построенной на основе шагового двигателя.

Ассортимент микросхем управления двигателем включает как относительно простые ИС с управлением током и генерацией фазы, так и более сложные решения.

Они объединяют в одном чипе все, что необходимо для автономного управления шаговым электродвигателем с использованием высокоуровневых команд движения, поступающих от двигателя или хоста системы управления движением — микроконтроллера, DSP или FPGA.

Драйверы шаговых двигателей доступны в большом количестве компактных корпусов с улучшенными тепловыми характеристиками и представляют собой готовое к использованию оптимизированное решение для систем управления двигателем и движением с широким диапазоном номинальных напряжений и токов.

Портфолио микросхем поставляется с обширным недорогим аппаратным и программным обеспечением для оценки, а также набором инструментов технической документации, помогающим сократить время выхода на рынок.

Независимо от того, разрабатываете ли вы чувствительное измерительное оборудование или требуется точное управление скоростью и положением для вашей следующей электромеханической системы, вам необходимо выбрать правильный драйвер для вашего шагового двигателя. Подогнать микросхемы управления шаговым двигателем к биполярному или униполярному типу мотора несложно, если вы знаете, какие спецификации следует проверять в технических описаниях компонентов.

Типы шаговых моторов и плат управления ими

Все шаговые электромоторы разделяются на агрегаты однополярного и биполярного типа, в основном по конфигурации обмотки катушки статора. На самом базовом уровне они работают одинаково — электромагниты включаются последовательно, чтобы повернуть вал в нужное положение. Эти двигатели оптимальны для условий точного управления положением, их не следует использовать, если требуется высокая скорость. 

Униполярные двигатели по принципу роботы относительно проще биполярных. В них используется по одной обмотке на фазу, и каждая из них имеет общий отвод. Благодаря этому общему отводу только половина обмотки пропускает ток в любой момент времени, создавая пониженный крутящий момент по сравнению с биполярным мотором при тех же значениях тока и напряжения.

Для 2-фазных однополярных шаговых моторов как правило требуется 5-8 кабелей для соединения с управляющим контроллером, в зависимости от того, как ответвитель встроен в обмотку статора. Биполярный мотор вращается, когда драйвер подает определенный образец прямого и обратного тока через две обмотки, отсюда и его название. Для контроля работы этих двигателей требуется один H-мост на фазу.

Типичные электромоторы характерны двумя фазами, чтобы уменьшить количество выводов. Ротор может иметь уложенные один на другой полюса вдоль вала ротора (так называемая жестяная конструкция) или мелкие зубья вдоль оси вала. Угловое расстояние между этими областями на валу определяет угловое разрешение шагового двигателя.

Соответствие шагового двигателя и микросхемы управления

Наиболее важными параметрами в спецификациях управляющей интегральной схемы для согласования с определенным шаговым мотором считаются такие:

1. Индуктивность и сопротивление постоянного тока обмоток. Они вызывают переходные параметры шагового электродвигателя, которые затем влияют на скорость, с которой двигатель достигает максимального крутящего момента за счет обеспечения сильного выброса тока.
2. Микросхема блока управления приводов постоянного тока обычно включает схему прерывателя, которая уменьшает ток в обмотках, когда он превышает заданный предел.
3. Микрошаг. Некоторые драйверы оснащены внутренней схемой интерполяции, которая обеспечивает пошаговое переключение на мельчайшие значения. Это дробление интервалов может быть уменьшено в любом месте от ½ до 1/16 от стандартного размера шага.
4. Количество фаз. Микросхемы управления шаговыми моторами рассчитаны на управление определенным количеством фаз. Типичные однополярные и биполярные агрегаты используют две фазы, хотя мотор с переменным сопротивлением использует 3 фазы.

Обратите внимание на резонансную частоту мотора и управляющего контроллера, если они соответствуют друг другу по этому параметру, внутри корпуса силового агрегата может возникнуть сильная вибрация. Это чревато рассинхронизацией вала ротора с обмотками статора, что приведет к остановке двигателя.

Хотя простейший способ построить схему управления однополярным шаговым электродвигателем включает в себя таймер 555 и несколько D-триггеров (или H-мосты для биполярных агрегатов), существует множество интегральных микросхем, которые обеспечивают те же возможности по низкой цене в компактном корпусном пакете.

Драйвер шагового двигателя DRV8811

Контроллер DRV8811 от Texas Instruments разработан для управления шаговыми двигателями в автоматизированном оборудовании. Устройство имеет два драйвера Н-моста, а также микрошаговый логический индексатор.

Микросхема управления питанием выходного драйвера состоит из N-канальных силовых МОП-транзисторов, настроенных как полные Н-мосты для управления обмоткой мотора. Простой интерфейс STEP-and-DIR позволяет легко взаимодействовать с цепями контроллера. 

Выводы пошагового режима обеспечивают варианты конфигурации двигателя в полном шаге, полушаге, четверть-шаговом или 1/8-шаговом режимах. Режим распада и время выключения ШИМ программируется.

Внутренние функции отключения предусмотрены для защиты от перегрузки по току, защиты от короткого замыкания, блокировки при пониженном напряжении и перегреве.

Устройство DRV8811 упаковано в пакет PowerPAD — 28-контактный корпус HTSSOP с термопрокладкой.

Функции и характеристики драйвера DRV8811:

• Микрошаговая широтно-импульсная модуляция (ШИМ);
• Индексатор с микрошагом до ⅛ шага;
• Контроль шага и направления;
• Программируемое смешанное затухание, гашение и время отключения;
• Ток до 1,9 А на обмотку;
• Низкое сопротивление 1,0 Ом MOSFET RDS (вкл.);
• Диапазон рабочего напряжения питания от 8 до 38 В;
• Комплект для поверхностного монтажа с улучшенными тепловыми свойствами.

Данная микросхема управления транзисторами применяется как привод шаговых электродвигателей принтеров, сканеров, офисных и игровых автоматов, в заводской автоматизации и робототехнике.