Sla7029m схема управления шаговым двигателем

Содержание

Изучаем миниатюрный шаговый двигатель

Шаговые двигатели нашли широкое применение в современной промышленности и самоделках. Их используют там, где необходимо обеспечить точность позиционирования механических узлов, не прибегая к помощи обратной связи и точным измерениям.

Сегодня хочу поговорить об особой разновидности шаговых моторов — миниатюрные шаговые двигатели, которые применяются в конструкциях оптических систем. Мы подробно рассмотрим их устройство и способы управления такими крошечными моторчиками.

/>

Шаговый двигатель — бесколлекторный (бесщёточный) электрический двигатель с несколькими обмотками (фазами), расположенными на статоре и магнитами (часто постоянными) на роторе. Подавая напряжения на обмотки статора, мы можем фиксировать положение ротора, а подавая напряжение на обмотки последовательно можно получить перемещение ротора из одного положения в другое (шаг), причём этот шаг имеет фиксированную угловую величину.

Мы не будем останавливаться на рассмотрении каждого типа шагового двигателя. Об этом в сети написано довольно много и хорошо, например здесь.

Хочу поговорить об особой разновидности шаговых моторов — миниатюрные шаговые двигатели, которые применяются в конструкциях оптических систем. Такие малыши имеются в свободной продаже. Но в сети, особенно в русскоязычной, очень мало информации по таким моторчикам. Потому, когда мне потребовалось использовать их в своём проекте, пришлось изрядно поискать информации и провести пару экспериментов.

Результатами своих поисков и экспериментами я поделюсь в этой статье.

Мы рассмотрим вопросы управления такими маленькими моторчиками, а именно:

  • драйвер L293D + микроконтроллер ATtiny44;
  • драйвер TMC2208 + микроконтроллер ATtiny44;
  • микроконтроллер ATtiny44 (без драйвера).

Схема драйвера шагового двигателя на микросхеме

Компактный драйвер шагового двигателя может управлять электрическим мотором с током до 3.5 В и диапазоном напряжений постоянного тока питания от 10 до 50 В. Эта схема основана на STK672-440. ИМС STK672-440 – это гибридная микросхема 2-фазный драйвер шагового двигателя с ШИМ с микро-степпингом. Схемы контроллеров на более дешёвых и доступных м/с есть тут.

Примечание: сама плата может работать с двигателем до 36 В, а для питания 50 В используется микросхема стабилизатор LM317, которая обеспечивает 5 В.

Как работает шаговый электродвигатель?

Для работы практически всех электрических приборов, необходимы специальные приводные механизмы. Предлагаем рассмотреть, что такое шаговый двигатель, его конструкцию, принцип работы и схемы подключения.

Открытый проект модуля управления электрическими моторами. Начало

Основное назначение модуля — управление синхронными бесколлекторными двигателями (BLDC, BLAC, PMSM . ) с трапецеидальной или синусоидальной формой напряжения, с сенсорами скорости-положения или без сенсоров. Кроме этого модуль имеет небольшие габариты, достаточно широкий диапазон питающих напряжений, разнообразные каналы отладки, проводную и беспроводную связь.

Мощность управляемых модулем двигателей может быть в пределах нескольких сотен ватт и напряжение до 30В. Это двигатели различных механизмов и устройств, таких как: 3D-принтеры, автоматические двери, автоматические роллеты, автономные насосы, вентиляторы, замки, электроинструмент, стабилизаторы положения, моторы и сервомеханизмы RC моделей, роботов и проч.

Но этим применение модуля не ограничивается. Его можно использовать с незначительными дополнениями для управления соленоидами, шаговыми двигателями, для управления освещением, в качестве мощного зарядного устройства, как регулятор напряжения, как мощный источник аудио сигналов, как высокоамперный ключ с измерителем тока, да и просто как отладочную платформу.
Словом, такой модуль в хозяйстве инженера может быть очень полезным.

Все эти свойства модуля получаются благодаря классической 3-х фазной полумостовой схеме с датчиками тока и напряжения и производительному микроконтроллеру.

Для ускорения процесса разработки схемы силовой части был взят за основу один из типовых проектов, предлагаемых фирмой TI.

Я остановился на проекте платы TIDA-00901.

Плата обладает хорошими характеристиками: ток до 20 A, мощность двигателя до 200 Вт, номинальное напряжение 12 В. Предназначена для эксплуатации в автомобиле.

В качестве драйвера силовых ключей используется микросхема DRV8305. Некоторые поиски привели к выводу, что это одна из лучших микросхем драйверов для таких приложений.

Плата имеет специфическую круглую форму, в качестве управляющего элемента применен контроллер C2000 LaunchPad. К сожалению программное обеспечение предоставляется не полностью открытым в части библиотек управления моторами. C2000 LaunchPad выполнен на базе DSP процессора семейства F2802x Piccolo. Это семейство процессоров специализировано для разработки несложных преобразователей энергии, и не отличается большой универсальностью и объемом ресурсов.

Знакомство

Сначала немного посмотрим на внешний вид нашего героя:

Он действительно очень маленький! Согласно умной книжке Петренко С.Ф.
«Пьезоэлектрические двигатели в приборостроении», меньших размеров электромагнитные моторчики создать в принципе невозможно… то есть возможно, но с уменьшением диаметра проволоки, из которой изготавливают обмотки, всё больше энергии рассеивается в виде тепла в окружающую среду, что приводит к уменьшению КПД моторчика и делает их использование нерациональным.

Из примечательного, можно отметить, что его вал очень короткий и имеет специальную проточку для установки шестерни или рычага.

Отчётливо видны две обмотки, которые даже покрыты изоляцией разного цвета. Значит, наш моторчик относится, скорее всего, к классу биполярных шаговых двигателей.
Посмотрим как он устроен:

Считаю, наше знакомство с этими моторчиками будет не полным, если мы не посмотрим, что же у него внутри. Ведь всегда интересно заглянуть внутрь механизма! Разве нет?

Собственно, ничего необычного мы не увидели. Ротор намагничен. Подшипников нигде не наблюдается, всё на втулках. Задняя втулка запрессована в корпус двигателя. Передняя ничем не закреплена. Интересно, что корпус двигателя собирался точечной сваркой. Так что переднюю крышку корпуса пришлось спиливать.

Теперь перейдём к вопросу подключения и его электрическим характеристикам.

Убедимся, что он биполярный, прозвонив обмотки. Действительно биполярный, всё как на картинке выше. Сопротивление обмоток около 26Ом, хотя продавец указал 14Ом.
В описании сказано, что напряжение питания 5В. Хотя мы то с вами знаем, что для шагового двигателя важен ток, который будут потреблять его обмотки.
Пробуем подключить.

Принципиальная схема включения STK672-440

Схема драйвера шагового двигателя на микросхеме

Электрическая схема драйвера ШД

Информация о пользователе

Вы здесь » самодельный станок с ЧПУ, отзывы duxe.ru » Схема контроллера, шаговые двигатели » Вариант контроллера с драйверами от принтеров.

Архитектура модуля.

В данном проекте решено было выполнить модуль в виде составной конструкции из 2-х плат. Основная плата содержит силовой драйвер, подсистему питания и некоторые периферийные функции. На основную плату устанавливается плата процессора. В качестве процессорной выбрана
плата проекта K66BLEZ1 (ещё статьи по этому проекту — 1, 2, 3, 4 ) с микроконтроллером семейства Kinetis фирмы NXP на базе ядра ARM Cortex-M4. (180 МГц, 2 МБ Flash память, 256 КБ ОЗУ + micro SD карта, часы реального времени с автономным питанием, USB device/host high speed, отдельный чип Bluetooth LE 4/ZigBee )

Модуль питается в диапазоне напряжений от 8.5 до 30 В. Несколько датчиков температуры — в микроконтроллере, вблизи силовых ключей и один внешний предохраняют модуль и мотор от опасных перегревов. Вся элементная база подобрана для работы при температуре до -40 град. С.

Силовые ключи управления мотором рассчитаны на ток в импульсе до 200 А. Измерение тока производится резистивными шунтами с сопротивлением 0.001 Ом. Благодаря встроенным в микросхему драйвера DRV8305 регулируемым усилителям, модуль способен измерять токи от 300 А и до 0.1 А.

Шина CAN дает возможность объединять множество подобных модулей в общую синхронизированную сеть.

Микросхема MPU-9250 полезна в случае если требуется управление ориентацией модуля в пространстве и инерциальная навигация, а также для мониторинга вибраций и ударов.

Встроенный в модуль DС-DC преобразователь с выходным напряжением 5В рассчитан на ток до 3.5 А. Сам модуль потребляет от этого преобразователя не более 150 мА, остальной запас тока может быть отдан на внешнюю нагрузку с разъема X4. Разъем X4 удобно использовать для подключения элементов освещения и индикации, таких как светодиодные RGB ленты на основе чипов WS2812B и аналогичных. Процессором аппаратно поддерживается формирование на цифровых выходах протокола кодирования бит в формате WS2812B, а также PPM, PCM, PWM кодирование. Аналогично без труда с минимальной загрузкой процессора модуль может принимать PPM и PCM сигналы.

Характеристики микросхемы

Как показывает практика использования представленной микросхемы, она является достаточно мощной, потому что судя по datasheet uln2003ag технические характеристики позволяют коммутировать достаточно большой ток до 500 мА. Но не стоит давать работать ей на пределе, потому что выходной транзистор хоть и защищен обратным диодом, он может пострадать из-за банального перегрева.

Чтобы этого не происходило, правильно подходите к расчету потребляемой и рассеиваемой мощности. В данном случае при максимальном напряжении на CE равном 50 В максимальная мощность выходного транзистора составит не более 25 Вт, при этом он будет очень сильно греться. Поэтому номинальный коммутационный ток лучше поддерживать не более 300-400 мА. В таком режиме микросхема будет работать долго и стабильно.

Структурная схема микросхемы до боли проста и состоит всего из 7 ячеек стандартной ТТЛ-логики И-НЕ с подключенным обратным диодом на общий вывод питания COM . С топологией устройства также все просто, каждый вход расположен напротив выхода, что не даст спутать выводы при проектировании каких-либо устройств. Главное запомнить, что первый вывод является прямым входом.

Что касается характеристик, то они представлены для микросхем с ТТЛ-логикой, при котором управляющий сигнал не превышает 5 В. Но также выпускаются аналоги КМОП, которые могут работать от более низкого порога около 2 В до 9 В.

AVR Lab устройства на микроконтроллерах AVR

Форум по AVR

  • не работает программа из примера про пролистывания меню
  • sinaprog не работает
  • Пароль к архивам на сайте
  • Пароль
  • HDD и прерывания — доработка программы из статьи /node/220

Описание схемы драйвера

  • БП 36 В постоянного тока (до 50 В со стабилизатором)
  • Ток нагрузки 3.5 А
  • Шаговый мотор: 5 проводов, 6 проводов, 8 проводов (Униполярный)
  • Встроенная функция защиты от открытого терминала.
  • Функция защиты от перегрузки по току.
  • Функция защиты от перегрева.

Схема драйвера шагового двигателя на микросхеме

Таблица микростеппинга

Внешние контакты могут быть использованы для выбора 2, 1-2, П1-2, 2, В1-2, или 4W1-2 возбуждения.

Схема драйвера шагового двигателя на микросхеме

Подключение к плате мотора

Время переключения на 4-фазное распределительное устройство может быть изменено путем установки внешнего кода. Фазы сохраняются даже при режиме возбуждения переключается.

Устройство и принцип работы

Принцип действия шагового двигателя

Рис. 1. Принцип действия шагового двигателя

На рисунке 1 изображены 4 обмотки, которые относятся к статору двигателя, а их расположение устроено так, что они находятся под углом 90º относительно друг друга. Из чего следует, что такая машина характеризуется размером шага в 90º.

В момент подачи напряжения U1 в первую обмотку происходит перемещение ротора на те же 90º. В случае поочередной подачи напряжения U2, U3, U4 в соответствующие обмотки, вал продолжит вращение до завершения полного круга. После чего цикл повторяется снова. Для изменения направления вращения достаточно изменить очередность подачи импульсов в соответствующие обмотки.

Расчет максимальной частоты переключения и обоснование выбора силовых транзисторов

Перепроверим таблицу сравнения транзисторов, предлагаемую в документе от TI. Все параметры заново выписаны из даташитов.

Здесь у меня, как и у специалистов TI выбор пал на CSD1854Q5B. По величине максимального тока это лучший выбор. А частота переключения в 122 КГц далеко уходит за разумный предел достижимый при управлении от семейства Kinetis.

Инструкция к драйверу ШД BL-TB6600-v1.2

Содержание

  1. Введение
  2. Внешний вид
  3. Описание
  4. Схемы подключения
  5. Подключение драйвера к периферии
  6. Настройка переключателей
  7. Подключение силовых цепей
  8. Светодиодная индикация

Введение:

Основанная на чипе TB6600HG новая модель драйвера BL-TB6600-V1.2 пришла на замену популярному драйверу BL-TB6560-V2.0.
Этот драйвер-контроллер подойдет для построения не только любительских систем ЧПУ, но и профессиональных, основаных на двигателях высокой мощности. Если сравнивать с предыдущим поколением драйвера TB6560AHG, то выходная мощность у TB6600HG возросла до 200Вт (как видим практическое удвоение по значению мощности), рабочее напряжение поднято с 35В (TB6560AHG) до 50В, рабочий ток увеличен до 4.5А (5А пиковое значение).
Увеличена максимальная рабочая частота.
Добавлены схемы защиты.

К основной «вкусности» данного драйвера можно отнести интеллектуальное управление током и использование ШИМ моделяции, благодаря чему есть возможность подключать к драйверу шаговые двигатели любого напряжения питания и тока — на установленном уровне микросхема сама ограничит максимальный ток.

Внешний вид:

Описание:

Конструктивно драйвер изготовлен с возможностью монтажа в корпус и подключением контактных площадок быстроразъемным способом. Что упрощает его установку, эксплуатацию и замену в случае выхода из строя. Подключение производится по следующей таблице:

Разъемы на плате

Схемы подключения:

Подключения драйвера к плате коммутации или просто контроллеру осуществляется двумя способами, которые зависят от схемотехнического исполнения и конфигурации портов контроллера.

Пример подключения драйвера к контроллеру на NPN ключах с открытым коллектором

Пример подключения драйвера к контроллеру на PNP ключах с открытым коллектором

Примечание:

Значение сопротивлений R_CLK, R_CW, R_EN зависят от напряжения питания VCC:

  • При VCC = 5В, R_CLK = R_CW = R_EN = 0;
  • При VCC = 12В, R_CLK = R_CW = 1кОм, R_EN = 1.5кОм;
  • При VCC = 24В, R_CLK = R_CW = 2кОм, R_EN = 3кОм;

Подключение драйвера BL-TB6600-v1.2 к плате BL-MACH-V1.1:

Более подробно о интерфейсной плате BL-MACH-V1.1 можно узнать по ссылке Плата коммутационная (контроллер) BL-MACH-V1.1

СТАТЬЯ В ПРОЦЕССЕ НАПИСАНИЯ

Обновлено: 30.12.2017

Управление шаговым двигателем с помощью AVR микроконтроллера ATmega8

  • atmega8
  • avr
  • L293DNE
  • stepper motor
  • шаговый двигатель

Скачать файлы проекта

Схема драйвера шагового двигателя на микросхеме

Плата с деталями – фото

Ток двигателя может быть установлена с помощью потенциометра, также PIN-код может быть использован, чтобы сократить выходной ток при сохранении режима возбуждения мотора. Полная документация на микрошаговый драйвер находится в архиве.

Схема основной платы модуля

Светодиоды для LED драйверов

YF-053 CREE Светодиод

Похожих по виду на мои, не встретил ни разу.

Собственно, у обоих модулей одна неисправность – частичная, или полная деградация кристаллов светодиодов. Думаю, причина – максимальный ток с драйверов, установленный производителями (китаёзы) в целях маркетинга. Мол, смотрите, какие яркие наши люстры. А то, что они светят от силы часов 10, их не волнует.

Если возникнут претензии от покупателей, они всегда могут ответить, что прожекторы вышли из строя от тряски, ведь такие “люстры” в основном покупают владельцы джипов, а они ездят не только по шоссе.

Если удастся найти светодиоды, буду уменьшать ток драйвера до тех пор, пока не станет заметно уменьшаться яркость светодиодов.

Светодиоды лучше искать на АлиЭкспресс, там большой выбор. Но это рулетка, как повезёт.

Даташиты (техническая информация) на некоторые мощные светодиоды будут в конце статьи.

Думаю, главное для долговечной работы светодиодов – не гнаться за яркостью, а устанавливать оптимальный ток работы.

До связи, Сергей.

P.S. электроникой “болею” с 1970 г., когда на уроке физики собрал свой первый детекторный приёмник.

Каждый из семи каналов содержит по два биполярных транзистора, резистор 2,7 кОм ограничивающий базовый ток, и два резистора на 7,2 кОм и 3 кОм защищающие транзисторы от открывания обратным током коллектора. Кроме того к схеме добавлены три защитных диода: первый защищает вход от отрицательного напряжения, два других защищают выход от отрицательного напряжения и от превышения напряжения на транзисторах выше питающего.

Наличие защитных выходных диодов актуально при работе на индуктивную нагрузку: диод для шунтирования обмотки реле или обмотки шагового двигателя уже встроен в микросхему и не нужно устанавливать внешний диод. А при использовании 7 каналов – 7 внешних диодов.

Опыт изучения Arduino. Подключение шагового двигателя. Часть аппаратная.

Идея подключить шаговый двигатель (ШД) к ардуино и заставить его работать появилась у меня достаточно спонтанно, когда я случайно купил два нерабочих DVD-RW привода за 100 р. на Юноне. После того как один из приводов был раскурочен, в руках у меня оказался вот такой шаговый двигатель.

Чем же отличается шаговый двигатель от обычного коллекторного или асинхронного? Если не вдаваться в детали, то задача обычного двигателя — вращать вал в определенную сторону с определенной частотой, а задача шагового двигателя — повернуть вал в определенную сторону на определенный угол и удерживать его в таком положении.

Покурив интернеты стало ясно, что просто подав питание на его обмотки, многого от него добиться не получится. Минимум что нужно, чтобы заставить ШД хоть как-то функционировать — это плата управления и источник питания. Забегая немного вперед отмечу, что источников питания понадобится два: для питания логической части и АЦП (3-5 В) и для питания силовой части (8-35 В). Кстати, плата очень боится пониженного напряжения в цепях питания двигателя. Я сначала подал 6 В. Пока разобрался в чем дело, спалил две платы. Данные приведены для платы управления на базе распространенного чипа 4988. Вот её схема подключения:

Тут ещё одно замечание. Выводов «в воздухе» быть не должно — все выводы должны быть подключены. Они имеют очень большую чувствительность к помехам.
Как видно на схеме, у двигателя две обмотки, чтобы подключить его к плате, надо определить какой вывод к какой обмотке относится. Я напаял 4 разноцветных провода поверх заводского шлейфа.

Делать нужно именно так. Сам шлейф можно обрезать или просто заизолировать, но отпаивать от выводов обмоток нельзя — выводы провалятся внутрь двигателя и он придёт в негодность.
Когда провода напаяны, приступаю к определению принадлежности выводов к той или иной обмотке. Проще всего это сделать мультиметром в режиме омметра.

В моем случае синий и зеленый провод это выводы одной обмотки, а оранжевый и белый — другой. Где начало и конец обмотки непринципиально — если двигатель пойдёт не в ту сторону, достаточно поменять местами выводы на любой обмотке.
Теперь проверяю двигатель на отсутствие замыканий между обмотками:

Тут тоже всё в порядке.
Для питания логической части собрал простейший стабилизатор на микросхеме LM7805 по такой схеме:

На выход добавил конденсатор 40 мкФ на 16 В. Стабилизатор и плату управления разместил на макетной плате.
В следующей записи опишу процесс настройки платы и программирование платы ардуино. На следующем фото небольшая превьюшка следующей части)

Выводы

Мы подробно изучили миниатюрные биполярные шаговые моторчики, их конструкцию и способы управления ими, для использования в собственных приложениях.

1. Миниатюрный биполярный шаговый мотор с ротором из постоянных магнитов действительно миниатюрный.

Его основные особенности:

  • малое количество магнитных полюсов, как следствие, малое количество шагов (у моего, напомню, всего 16);
  • относительно большая скорость вращения (следствие из предыдущего пункта), в эксперименте удалось достичь 1875 об/мин;
  • неудовлетворительно работает в микрошаговых режимах (не удерживается промежуточное положение ротора);

3. Использование специализированного драйвера TMC2208 является спорным вопросом, так как микрошаговый режим не поддерживается самим двигателем, хотя переходы между шагами выполняются более плавно.

4. Возможно подключение шагового двигателя непосредственно к портам микроконтроллера. Но это только в рамках эксперимента, так как крутящий момент в данном случае совсем незначителен, да и малый ток не позволяет совершать шаги с большой скоростью.

В следующий раз расскажу, для чего именно нам потребовались такие маленькие шаговые моторчики.

Расположение разъёмов

Вид на основную плату сверху:

Вид на основную плату снизу

Применение

Lm358 широко используется в:

  • устройствах типа «мигающий маяк»;
  • блоках питания и зарядных устройствах;
  • схемах управления двигателем;
  • материнских платах;
  • сплит системах внутреннего и наружного применения;
  • бытовой технике: посудомоечные, стиральные машины, холодильные установки;
  • различных видах инверторов;
  • источниках бесперебойного питания;
  • контроллерах и др.

Возможности применения микросхемы производители обычно указывают в технических описаниях на свои устройства.

Приведенный усилитель звуковой частоты публикуется по просьбе посетителя DRONvs15. Вот текст:

Не знаю с чего начать. Наверно с того, что у меня в наличии есть четыре микросхемы TOSHIBA TB2904HQ. Имея небольшой опыт в сборке усилителей звуковой частоты, я приблизительно знаю о их цене и параметрам. Но поскольку автомагнитолы (неворованые), откуда и были вытащены схемы, были достаточно повреждены механически, я не могу разобраться в их подключении. Знаю только, куда надо тулить динамики. Пожалуйста, если у вас есть в наличии схемы их подключения или их аналогов, выложите на сайте, а то б/у никто не купит, а дома без дела валяются.

Так вот. Микросхема TB2904HQ представляет собой квадрофонический усилитель звуковой частоты, схема которого приведена ниже.

Некоторые из функциональных блоков могут быть опущены или упрощены. Указанные радиодетали в схеме используются, чтобы получить и подтвердить заявленные производителем характеристики микросхемы TB2904HQ. Наибольшее применение усилитель звуковой частоты нашёл в автомобильных аудиосистемах. Микросхема разработана как 4-х канальный УЗЧ с минимальным уровнем искажений. В неё встроены Mute и StandBy функции, а также различные виды защиты: тепловая, от перенапряжения, от короткого замыкания и т.д. Выходная мощность усилителя звуковой частоты 4×43 Вт при напряжении питания 14.4 вольта и сопротивлении нагрузки 4 Ом. При напряжении питания 13.7 В выходная мощность 39 ватт на канал. Довольно низкий коэффициент гармоник: 0.015% при выходной мощности в 5 ватт. Возможный диапазон напряжения источника питания от 9 до 18 вольт. Ток покоя до 160 мА.

Если хотите подробнее почитать о Muting Function, Standby SW Function, Off-set detection function и прочих фичах, встроенных в TB2904HQ, то скачайте Datasheet.

Простейший драйвер шагового двигателя своими руками

Чтобы собрать схему драйвера в домашних условиях могут пригодиться некоторые элементы от старых принтеров, компьютеров и другой техники. Вам понадобятся транзисторы, диоды, резисторы (R) и микросхема (RG).

Схема простейшего драйвера

Схема простейшего драйвера

Для построения программы руководствуйтесь следующим принципом: при подаче на один из выводов D логической единицы (остальные сигнализируют ноль) происходит открытие транзистора и сигнал проходит к катушке двигателя. Таким образом, выполняется один шаг.

На основе схемы составляется печатная плата, которую можно попытаться изготовить самостоятельно или сделать под заказ. После чего на плате впаиваются соответствующие детали. Устройство способно управлять шаговым устройством от домашнего компьютера за счет подключения к обычному USB порту.

Габариты

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий