ПРОСТОЙ ДРАЙВЕР ДЛЯ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ СВОИМИ. Для защиты транзисторов использовались диоды марку уже не помню, . Схема драйвера униполярного шагового двигателя. Практически ключи можно выполнить на биполярных транзисторах, .

Драйверы униполярного и биполярного шагового двигателя. Драйвер L2. 98. N. Как правило, логические сигналы для управления шаговым двигателем формирует микроконтроллер. Ресурсов современных микроконтроллеров вполне хватает для этого даже в самом ”тяжелом” режиме – микрошаговом. Для подключения  шаговых двигателей  через слаботочные логические сигналы микроконтроллеров необходимы усилители сигналов – драйверы. В функцию драйверов входит: обеспечение необходимого тока и напряжения на фазных обмотках двигателя; коммутация обмоток. Речь в этой статье идет о простых драйверах, достаточных для большинства приложений.

Драйвер шагового двигателя для мини-станка с ЧПУ.

1. 4-х осевой Step/Dir контроллер шаговых двигателей. ШИМ генератор, компаратор тока, RS триггер и драйвер полевого транзистора.
2. Принципиальная схема Контроллер шагового двигателя. Скорость спада тока значительно уменьшится, если один транзистор моста .
3. Драйвер двигателей на транзисторах.

Существуют драйверы с гораздо большими возможностями: обеспечение  быстрого нарастания тока при включении и быстрого спада при выключении; уменьшение тока для фиксации положения остановленного двигателя; защитные функции; формирование тока и напряжения обмоток для микрошагового режима; и многие другие. Схемы таких драйверов достаточно сложные, а в этих функциях в большинстве приложениях нет необходимости. По схеме подключения шаговые двигатели делятся на униполярные и биполярные. Четыре обмотки с общим проводом, подключенным к одному полюсу источника питания. Если другие выводы обмоток последовательно коммутировать к другому полюсу источника, то ротор двигателя будет вращаться. Для коммутации обмоток таким способом достаточно всего четырех ключей, замыкающих обмотки на землю.

Схемы коммутации обмоток двух предыдущих вариантов двигателей выглядят так. Если последовательно замыкать ключи 1, 2, 3, 4, то ротор двигателя будет вращаться. Схема драйвера униполярного шагового двигателя.

Практически ключи можно выполнить на биполярных транзисторах, но предпочтительнее использовать низкопороговые MOSFET транзисторы. Я применяю транзисторы IRF7. При управляющем сигнале высокого уровня (+5 В) ключ открыт, и через обмотку фазы идет ток. Диод шунтирует обмотку двигателя в обратном направлении. Он необходим для защиты транзистора от бросков напряжения самоиндукции при выключении фазы.

Для управления двигателями на значительных скоростях вращения, лучше использовать высокочастотные диоды, например, FR2. Вот фрагмент схемы подключения униполярного шагового двигателя к микроконтроллеру. Защиты от коротких замыканий в этой схеме нет.

Реализация защиты значительно усложняет драйвер. Я не встречался с таким явлением.

Да и на фоне неприятности по поводу сгоревшего дорогого двигателя, замена транзистора не выглядит проблемой. Кстати, механическое заклинивание вала шагового двигателя не вызывает недопустимых токов в ключах драйвера и защиты не требует. А это изображение платы контроллера униполярного шагового двигателя с PIC контроллером фирмы Microchip. Простая плата с восьми разрядным микроконтроллером PIC1. F2. 52. 0 управляет: двумя шаговыми двигателями с током фазы до 3 А; двумя ШИМ ключами для электромагнитов; считывает состояние 4х датчиков; обменивается  данными по сети с центральным контроллером. Этот контроллер используется в составе системы управления шаговыми двигателями практически во всем фасовочном оборудовании фирмы ”РОСТ”. Несмотря на простоту контроллера, реализованы следующие режимы управления: полно- шаговый, одна фаза на полный шаг; полно- шаговый, две фазы на полный шаг; полу- шаговый; фиксацию положения двигателя при остановке.

К достоинствам управления шаговым двигателем в униполярном режиме следует отнести: простой, дешевый, надежный драйвер. К недостаткам: в униполярном режиме крутящий момент примерно на 4. Пример практической схемы простого контроллера униполярного шагового двигателя. Статья о подключении униполярного шагового двигателя к плате Ардуино. Драйвер биполярного шагового двигателя.

В биполярном режиме могут работать двигатели, имеющие любые конфигурации обмоток. У биполярного двигателя по одной обмотке для каждой фазы.

Обычно две обмотки AB и CD. В первых двух вариантах четыре обмотки соединяются так, что получается две. Обмотки по очереди подключаются к источнику  питания в одной полярности, затем в другой.

Драйвер биполярного двигателя должен обеспечивать сложную коммутацию. Каждая обмотка: подключается в прямой полярности к источнику напряжения; отключается от источника напряжения; подключается с противоположной полярностью. Схема коммутации одной обмотки биполярного двигателя  выглядит так. Для обеспечения двух полярных коммутаций от одного источника питания требуется 4 ключа.

При замыкании 1 и 2 ключей обмотка подключается к источнику питания в прямой полярности. Замыкание 3 и 4 ключей подает на обмотку обратную полярность напряжения. Сложность драйвера биполярного шагового двигателя вызвана не только большим числом ключей ( 4 ключа на обмотку, 8 ключей на двигатель), но и: сложное управление верхними ключами ( 1 и 4) от логических сигналов “привязанных” к земле; проблемы со сквозными токами при одновременном открывании ключей одного плеча ( 1,3 или 2,4). Сквозные токи могут возникать из- за не одинакового быстродействия нижнего и верхнего ключа. К примеру, нижний ключ уже открылся, а верхний – не успел закрыться.

Схема драйвера биполярного шагового двигателя. Реализовать схему драйвера биполярного шагового двигателя на дискретных элементах довольно сложно. Могу показать мою схему, которая подключает биполярный двигатель к униполярному драйверу. Эта схема используется для управления биполярными двигателями от контроллера, приведенного в качестве примера в предыдущей главе. Схема достаточно простая. Проблема сквозных токов решается за счет резисторов 0.

Ом в коммутируемых цепях. В момент коммутаций MOSFET транзисторов, верхний и нижний ключ оказываются одновременно открытыми на короткое время.

Эти резисторы и ограничивают сквозной ток. К сожалению, они ограничивают и рабочий ток двигателя.

Поэтому, несмотря на мощные транзисторы, драйвер по такой схеме можно использовать для токов коммутации не более 2 А. Схема не требует диодов для защиты от эдс самоиндукции обмоток, потому что эти диоды интегрированы в MOSFET транзисторы. Гораздо удобнее и практичнее использовать интегральные драйверы биполярного шагового двигателя.

Самым распространенным из них является микросхема L2. N. Драйвер биполярного шагового двигателя L2. N. Описания этой микросхемы на русском языке практически нет. Поэтому привожу параметры L2.

N достаточно подробно, по официальным материалам производителя этой микросхемы – компании STMicroelectronics (datasheet l. L2. 98. N это полный мостовой драйвер для управления двунаправленными нагрузками с токами до 2 А и напряжением до 4. В. Драйвер разработан для управления компонентами с индуктивными нагрузками, такими как электромагниты, реле, шаговые двигатели. Сигналы управления имеют TTL совместимые уровни. Два входа разрешения дают возможность отключать нагрузку независимо от входных сигналов микросхемы. Предусмотрена возможность подключения внешних датчиков тока для защиты и контроля тока каждого моста.

Питание логической схемы и нагрузки L2. N разделены. Это позволяет подавать на нагрузку напряжение другой величины, чем питание микросхемы. Микросхема имеет защиту от перегрева на уровне + 7. Если контроль тока не используется, они соединяются с землей. Sense B 2 Out 1. Выходы моста A. Out 2 4 Vs. Питание нагрузки. Магадан Pro Ключ Кряк. Между этим выводом и землей должен быть подключен низкоимпедансный конденсатор емкостью не менее 1.

Ф. 5 In 1. Входы управления мостом A. TTL совместимые уровни. In 2 6 En AВходы разрешения работы мостов. TTL совместимые уровни.

Низкий уровень сигналов запрещает работу моста. En B 8 GNDОбщий вывод.

Vss. Питание логической части микросхемы (+ 5 В).

Домашний CNC. Драйвер шагового двигателя для мини- станка с ЧПУПри конструировании очередного станка с ЧПУ, а попросту 3- х осевого фрезерного- сверлильного станочка для печатных плат и мелких фрезерных работ, у меня появилось неугомонное желание разложить всё «по полочкам». Многие скажут, что тема не нова, существует множество проектов, множество технических и программных решений.

Но, плавая в этом море информации, я постарался убрать всю «воду» и получить «сухой остаток». Вот что из этого получилось. Истина рождается в споре, так что если уважаемые читатели в чем- то со мной не согласны, давайте это обсудим! Задача построения станка обычно сводится к трем подзадачам — механика, электроника, программное обеспечение. Видимо и статьи придется писать тоже три. Поскольку у нас журнал всё- таки практической электроники, начну с электроники и чуть- чуть с механики!

Привод. Нужно двигать собственно фрезер в 3- х направлениях — XYZ, значит нужно 3 привода — 3 мотора с передачей вращения вала двигателя в линейное перемещение. Буду применять передачу «винт- гайка».

Самая бюджетная передача — обычный стальной винт и безлюфтовая, желательно бронзовая, гайка. Более правильная — винт с трапециевидной резьбой и гайка из капролона. Самая хорошая (и, увы, самая дорогая) шарико- винтовая пара, или ШВП. Об этом подробнее я еще расскажу далее. Двигатель (мотор)В качестве двигателя для привода определил шаговый двигатель (ШД)Почему шаговый? Что это вообще такое?

Двигатели есть переменного и постоянного тока, коллекторные и бесколлекторные, и так называемые «шаговые». В любом случае нам надо обеспечить какую- то точность позиционирования, например 0,0. Как это сделать? Если двигатель имеет прямой привод — вал двигателя соединяют напрямую с винтом, то для обеспечения такой точности нужно повернуть его на некоторый угол. В данном случае, при шаге передачи 4 мм и желаемой точности перемещения 0,0. Ерунда, возьмем обычный моторчик.

Не вдаваясь в подробности, схема управления двигателем должна «знать», на какой угол повернулась ось. Можно конечно поставить редуктор — потеряем в скорости, и все равно без гарантии, без обратной связи вообще никак!

На ось ставится датчик угла поворота. Такое решение надежное, но дорогое. Альтернатива — шаговый двигатель (как он работает, почитайте сами). Можно считать, что за одну «команду» он повернет свою ось на определенный градус, обычно это 1,8 или 0,9 градуса (точность обычно не хуже 5%) — как раз то, что нужно. Недостаток такого решения — при большой нагрузке двигатель будет пропускать команды — «шаги» и может вообще остановиться. Вопрос решается установкой заведомо мощного двигателя.

На шаговых двигателях и делается большинство любительских станочков. Выбираем шаговый двигатель.

Противоречивые требования. Малый ток — значит большое сопротивление, значит много витков провода обмотки двигателя, значит большая индуктивность. А большой момент — это большой ток и много витков.

Выбираем в пользу большего тока и меньшей индуктивности. А момент надо выбирать исходя из нагрузки, но об этом потом. Характеристики некоторых двигателей приведены в таблице: Для небольшого станка с рабочим пространством размером 3. Оптимальным является ток от 1,5 до 2,5 Ампер, вполне подойдет FL4.

STH3. 8- 1. 68. 4Драйвер шагового двигателя Двигатель есть. Теперь нужен драйвер — переключать напряжение на обмотках двигателя определенным образом, при этом не превышая установленный ток. Самое простое решение — источник заданного тока и две пары транзисторных ключей на каждую обмотку.

И четыре защитных диода. И логическая схема чтобы менять направление. А еще такие микросхемы контролируют ток обмоток и регулируют его с помощью ШИМ- а, а так же могут реализовывать режим «полушаг», а некоторые режимы 1/4 шага, и 1/8 шага и т.

Эти режимы позволяют повысить точность позиционирования, повысить плавность движения и снизить резонанс. Обычно достаточно режима «полушаг», что позволит повысить теоретическую точность линейного позиционирования (в моем примере до 0,0. Что внутри микросхемы драйвера шагового двигателя?

Блок логики и управления, источники питания, ШИМ со схемами формирования момента и времени коммутации обмоток, выходные ключи на полевых транзисторах, компараторы обратной связи — ток контролируется по падению напряжения на резисторах (Rs) в цепи питания обмоток. Ток двигателя задается опорным напряжением. Для реализации этих функций существуют и другие схемные решения, например, с использованием микроконтроллеров PIC или ATMEGA (опять же с внешними транзисторами и защитными диодами). На мой взгляд, они не обладают значительным преимуществом перед «готовыми» микросхемами и я их в данном проекте использовать не буду. Богатство выбора. На сегодняшний день есть достаточно много различных микросхем и достаточно много уже готовых плат и модулей драйверов ШД.

Можно купить готовый, а можно «изобретать велосипед», тут каждый решает по- своему. Из готовых — наиболее распространённые и недорогие драйверы на микросхемах Allegro A4. А), Texas Instruments DRV8. А). Поскольку модули изначально разрабатывались для использования в 3.

D принтерах типа Rep- rap проекта Arduino, они не являются законченными модулями (например, им нужно еще питание логики (+5. V), которое подается с так называемой рампы (Ramp). Еще есть решения на DRV8.

А), A3. 98. 2 (до 2 А), A3. А), DRV8. 81. 8 (до 2,5 А) DRV8. А), Toshiba TB6. 56.

А) и другие. Поскольку мне интересно что- то сделать самому, плюс появилась возможность «попробовать на вкус» микросхемы Allegro A3. A3. 97. 7, решил сделать пару драйверов самостоятельно.

Готовые решения на A4. Типовое сопротивление открытых транзисторов у A4. А 0,3. 2+0,4. 3 Ом, плюс 0,1- 0,2. Ома «измерительный» резистор — получается около 0,8. Ом. А таких каналов два, и хотя и работают они импульсно, но 2- 3 Ватта тепла надо рассеивать. Ну не верю я в многослойную плату и малюсенький радиатор охлаждения — в даташите нарисована плата гораздо больших размеров. Провода мотора нужно сделать короткими, драйвер устанавливать рядом с двигателем.

Существует 2 технических решения в звукотехнике: длинный сигнальный кабель к усилителю + короткие провода к акустической системе, или короткий сигнальный кабель к усилителю + длинные провода, а акустической системе. Оба решения имеют свои плюсы и минусы.

С моторами — так же. Я выбрал длинные провода управления и короткие провода к мотору.

Управляющие сигналы — «шаг» (step), «направление» (dir), «включение» (enable), индикация состояния сигналов управления. Некоторые схемы не используют сигнал «Enable», но это приводит в режиме простоя к ненужному нагреву и микросхемы и двигателя. Одно питание 1. 2- 2. B) — на плате. Размеры платы — достаточные для хорошего охлаждения, двухсторонняя печать с большой областью «меди», возможность приклеить на микросхему радиатор (применяемой для охлаждения памяти видеокарт). Драйвер ШД на микросхеме Allegro A3. Основные характеристики и блок- схема: Напряжение питание силовое: 8. Драйвер A3. 98. 2 включен по схеме из документации производителя.

Включен режим «полушаг». Дополнительно для надежной работы сигналов управления и индикации применил микросхему логики 7. НС1. 4 (с триггерами Шмитта). Можно было сделать гальвано- развязку на оптронах, но для маленького станка я решил ее не делать. Схема на A3. 97. 7 отличается только дополнительными джамперами режима шага и более мощным разъемом питания, пока в «железе» не реализована.

Печатная плата. Процесс изготовления — ЛУТ, двухсторонняя. Габариты 3. 7. Для сравнения — слева мое творчество, справа драйвер на A4.