带微步的步进电机驱动器。方案、说明

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具有微步进功能的步进电机驱动器。无线电电子电气工程百科全书

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本文提供了图表和设计，描述了基于 ATmega48 微控制器的双极步进电机驱动器的工作原理。它能够与许多电机配合使用，不包含用于控制步进电机的专用微电路。通过在电机绕组中保持给定电流的原始方法确保了多功能性。该设计可以作为创建包含附加安全元件（光耦合器输入电路、负载短路保护等）的类似设备的基础。在所描述的设备中，由于假定其操作的“中等”条件并为了限制成本，未提供此类节点。

开发目标是创建一种简单且廉价的通用双极步进电机驱动器。所有软件均采用AVRASM汇编语言编写，并在运行时方面进行了优化，这使得可以在开发时可用的元素库上解决问题。

主要技术特点

功率单元的电源电压，V ....... 27
逻辑部分的电源电压，V .... 12
最大电动相电流振幅，A，不少于.................. 5
电机相电流的最小振幅，A，不再....... 0,25
预设音高分割比 ... .1/8, 1/4, 1/2, 1/1
保持模式下的自动下降电流，%.......65
当前相对于最后一步的自动向下延迟，S ....... 3,4
控制信号电平...... TTL, 5 V
最大步进频率，kHz .... 12
尺寸，毫米....... 102x68x40

驱动程序的示意图如图1所示。 1. 它是基于场效应晶体管VT4-VT5、VT8-VT5上的A、B相桥电流驱动器，分别由上下半桥按键DA8-DA2104专用驱动芯片IR27S控制。为了提高抗噪声能力，电源部分（12V）和带有电源开关驱动器的逻辑部分（XNUMXV）使用了单独的电源。

米。 1.驱动示意图（点击放大）

接下来，考虑与其中一相（A 相）相关的电路部分，因为与 B 相相关的部分的作用类似。

该器件通过电阻器 R45 两端的电压降确定相电流的瞬时值，该电压降通过积分电路 R5C6 馈送到具有可调增益的 DA1.1 放大器的同相输入，该放大器还执行一阶低通滤波器的功能。信号从放大器的输出到达比较器DA3.1的反相输入。比较器比较一个与参考电压流过运动相的电流成比例的信号。它由微控制器的定时器1形成步进正弦波（用于微步操作）的形式，在“快速PWM”模式下运行，无需预先除法。定时器输出的信号通过多级滤波器 R1C1R3C4R7C8。宽度调制脉冲的重复周期为 12,7 μs，对应于 78,4 kHz 的频率。电阻器R23在工作模式下不参与参考电压的形成，因为其所连接的微控制器的输出PB3处于高阻抗状态。

在保持模式下（在最后 3,4 秒内“Step”输入处没有脉冲之后），程序将微控制器的 PB3 输出设置为低逻辑电平，并且示例信号的幅度减小。从带有开路集电极、负载有电阻器 R3.1 的比较器 DA25 的输出，比较结果被馈送到比较器 DA3.2 的输入。比较器DA3.1的输出也通过电容器C22连接到公共线。 R25和C22在一起是当前稳定单元的时机。当它低于特定参考水平时，电容器C22将通过电阻R25充电。从充电开始到电容器上的电压达到分压器R27R28设定的值的时间间隔内，电机绕组的电源被关闭，从而防止电流在参考值附近快速波动。

这种经典意义上的算法并不适用于“固定频率 PWM”或“固定关断时间 PWM”电流稳定算法，但在实践中它表现出了良好的性能。当电流超过示范值时，比较器DA3.2的输出被设置为低逻辑电平。微控制器对此做出反应，通过使用提供给 DA1 和 DA4 驱动器的 SD 信号关闭绕组并同时关闭晶体管 VT5-VT6。这使电动机绕组的电流迅速下降。在电流下降到低于示例性电流的情况下，会发生相反的情况，高电平SD信号被发送到DA5和DA6驱动器，其打开所述晶体管，这不会阻止电流在绕组中上升。

改变参考电压的步长，以及改变电桥的开路和闭合晶体管的组合，是根据取决于预设步分因子（XP1 连接器的触点 2-3 和 4-1 之间存在跳线）和当前旋转方向（“Eg”输入处信号的逻辑电平）的算法，在下一个脉冲到达“Step”输入时发生的。 “启用”输入旨在启用和禁用引擎，但它在本文所附程序的版本中不起作用。

驱动器制作在双面印刷电路板上，其印刷导线图如图2所示。 3，以及元素的排列 - 在图中。 1. 晶体管VT8-VT60位于电路板的一侧，具有散热表面。散热器通过绝缘垫片压在这些表面上 - 在最简单的情况下，是一块尺寸为 60x4 毫米的铝板。需要注意的是，当相电流大于5…XNUMXA且板状散热器长期运行时，可能还不够，应通过将散热器制成肋状或针状来增加其表面积。

带微步的步进电机驱动器
米。 2、印制导线的绘制

带微步的步进电机驱动器
米。 3. 板上元素的位置

应选择厚度至少为 1 ... 1,5 毫米的板材，箔的厚度应至少为 35 微米。大电流流过的印刷导体应大量镀锡或用铜线包扎，并沿导体的整个长度焊接。

大多数设计元件都采用表面贴装设计。电阻器和电容器 - 尺寸 1206。电阻器 R45、R50 有引线和功率 - 至少 2 瓦。电源电路中的氧化物电容器 - 具有低 ESR。微调电阻R18和R19——多匝3296W。

电机相电流的幅值由微调电阻R18、R19调节。最简单的方法是将驱动器切换到 1/8 微步模式，并使用数字电压表监控电流传感器电阻器 R45 和 R50 上的压降。通过向“步进”输入施加单脉冲，在 A 相和 B 相中交替实现最大电流值。这些值通过微调电阻器设置为与所需电流幅度相对应的相同值。减小调谐电阻的阻值会导致电流减小，反之亦然。对于方向，您可以使用表。 1，它显示了电流相位 I 的幅度的依赖性_mф 从调谐电阻的输入电阻中。

表1

I_mф，一个	0,25	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	6.5
R18、R19、千欧	0,31	0,62	1,27	2,62	4,07	5,62	7,29	9,09	10,04

在打开驱动器之前，请在 XP1 连接器的触点 2-3 和触点 4-1 之间安装跳线，根据表提供所需的电机分步比。 2. 程序在开始工作时会分析一次跳线的状态，进一步改变跳线的状态不会影响驱动器的操作。未提供在程序的建议版本中“动态”切换除法因子。

表2

XP1 上的跳线		分音系数
1-2	3-4	分音系数
有	有	1/1
没有	有	1/2
有	没有	1/4
没有	没有	1/8

Sprint Layout 6.0格式的微控制器程序和PCB文件可以从ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/est-drv.zip下载。

作者：M. Reznikov

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