Die Auswahl eines Schrittmotortreiber-ICs

Zu meiner Zeit in einem Optiklabor verwendeten wir typischerweise Schrittmotoren, um empfindliche translatorische und Goniometer-Stufen für die Erfassung räumlich und spektral aufgelöster Messungen anzutreiben. Wir haben immer Schrittmotoren für diese Anwendungen verwendet, dank ihrer geringen Hysterese und feinen Auflösung. Jeder dieser Schrittmotoren benötigt einen Treiber, um eine Stufe in die gewünschte Richtung zu bewegen.

Ob Sie empfindliche Messgeräte entwerfen oder präzise Geschwindigkeits- und Positionssteuerung für Ihr nächstes elektromechanisches System benötigen, Sie müssen den richtigen Treiber für Ihren Schrittmotor wählen. Einen Schrittmotortreiber einem bipolaren oder unipolaren Motor zuzuordnen, ist einfach, wenn Sie wissen, welche Spezifikationen Sie in Ihren Komponentendatenblättern überprüfen müssen.

Arten von Schrittmotoren und Treibern

Gängige Schrittmotoren können als unipolare und bipolare Geräte klassifiziert werden, was hauptsächlich auf die Konfiguration der Spulenwicklungen in jedem Stator zurückzuführen ist. Auf der grundlegendsten Ebene funktionieren diese Motoren auf die gleiche Weise; Elektromagnete werden nacheinander eingeschaltet, um die Welle in die gewünschte Position zu drehen. Diese Motoren eignen sich ideal für Anwendungen, die eine präzise Positionssteuerung erfordern; sie sollten nicht verwendet werden, wenn eine hohe Geschwindigkeit erforderlich ist. Zu diesen Schrittmotoren gehören variable Reluktanz-, hybride Synchron- und Permanentmagnetmotoren.

Unipolare Motoren sind im Vergleich zu bipolaren Motoren relativ einfach. Ein unipolarer Motor verwendet eine Wicklung pro Phase, und jede Wicklung enthält einen gemeinsamen Anschluss. Dank des gemeinsamen Anschlusses trägt zu jedem Zeitpunkt nur die Hälfte der Wicklung einen Strom, was ein geringeres Drehmoment als bei einem bipolaren Motor erzeugt, der mit der gleichen Spannung/Stromstärke läuft. Zweiphasige unipolare Schrittmotoren benötigen in der Regel 5 bis 8 Anschlüsse, um sich mit dem Treiber zu verbinden, abhängig davon, wie der Anschluss in die Statorwicklungen integriert ist. Ein bipolarer Motor dreht sich, wenn der Treiber ein spezifisches Muster von Vorwärts- und Rückwärtsstrom durch die beiden Wicklungen anlegt, daher der Name „bipolar“. Diese Motoren benötigen eine H-Brücke pro Phase zum Antrieb.

Typische Motoren haben zwei Phasen, um die Anzahl der Anschlüsse zu reduzieren. Der Rotor kann gestapelte Nord- und Südpole entlang der Rotorwelle (sogenannte Dosenkonstruktion) oder feine Zähne entlang der Achse der Welle haben; die Winkelabtrennung zwischen diesen Bereichen auf der Welle bestimmt die Winkelauflösung des Schrittmotors.

Abstimmung eines Schrittmotors und Treibers

Die wichtigsten Parameter in den Treiberspezifikationen für die Abstimmung auf einen gegebenen Schrittmotor sind:

• Konstantstrom vs. Konstantspannungsantrieb. Die Induktivität und der Gleichstromwiderstand der Wicklungen werden dazu führen, dass der Schrittmotor eine transiente Reaktion zeigt. Dies wird dann die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der Ihr Motor das volle Drehmoment erreicht. Konstantstromantriebe liefern einen starken Stromstoß, der dem Motor hilft, in kürzerer Zeit das volle Drehmoment zu erreichen, verglichen mit Konstantspannungsantrieben. Konstantstromantriebe beinhalten normalerweise einen Chopper-Schaltkreis, der den Strom in den Wicklungen reduziert, sobald er einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
• Microstepping. Einige Treiber enthalten einen internen Interpolationskreis, der Schritte in Bruchteilen eines Schrittes ermöglicht. Die Auflösung kann um Faktoren von 1/2 bis zu 1/16 der Standard-Schrittgröße verringert werden.
• Anzahl der Phasen. Schrittmotortreiber sind darauf ausgelegt, eine bestimmte Anzahl von Phasen anzusteuern. Typische unipolare und bipolare Schrittmotoren verwenden zwei Phasen, obwohl ein Motor mit variabler Reluktanz drei Phasen verwendet.

Achten Sie auf die Resonanzfrequenz des Schrittmotors und des Treibers, wenn Sie vorhaben, den Motor kontinuierlich anzutreiben. Wenn die Frequenz Ihrer Antriebsimpulse mit der Resonanzfrequenz des Motors übereinstimmt, kann eine starke Vibration im Motorgehäuse auftreten. Dies kann dazu führen, dass die Rotorwelle nicht mehr synchron mit den Statorwicklungen ist, was effektiv dazu führt, dass der Motor stehen bleibt.

Obwohl die einfachste Methode zum Aufbau eines Schrittmotorsteuerkreises für einen unipolaren Motor einen 555-Timer und einige D-Flipflops (oder H-Brücken für bipolare Motoren) beinhaltet, gibt es viele integrierte ICs, die dieselben Fähigkeiten in einem kostengünstigen, kompakten Paket bieten.

Panasonic AN44069A-VF

Der AN44069A-VF Schrittmotortreiber von Panasonic ist ideal für das Ansteuern von bipolaren Schrittmotoren mit 37 V Ausgang und 1,5 A Konstantstrom geeignet. Dieser IC beinhaltet einen Chopper-Schaltkreis zur Begrenzung des Stromausgangs und einen PWM-Oszillator mit zwei verfügbaren Frequenzen für nahezu kontinuierliches Ansteuern. Dieser Treiber ist ideal für grundlegende Schrittmotoren, die keine extrem präzise Positionssteuerung (d.h. Microstepping) oder hohes Drehmoment erfordern.

Fotografie des AN44069A-VF Schrittmotortreibers von Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

Der STK672-630CN-E Konstantstrom-Schrittmotortreiber von ON Semiconductor ist für die Verwendung mit 2-Phasen-unipolaren Schrittmotoren konzipiert. Dieser Treiber bietet eine höhere Spannungs- (46 V) und Stromausgabe (2,2 A) als die vorherige Komponente. Die Schrittrate des Motors wird mit einem externen Taktungskreis gesteuert und bietet flexible Geschwindigkeitskontrolle.

Blockdiagramm des STK672-630CN-E Schrittmotortreibers. Aus dem STK672-630CN-E Datenblatt.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

Der A4983SETTR-T Schrittmotortreiber mit konstantem Strom ist für das Ansteuern von bipolaren Schrittmotoren mit einem Ausgang von 2 A (2,5 A bei <20% Tastverhältnis) bei 35 V konzipiert. Dieser Treiber wird in einem 28-poligen QFN-Gehäuse mit einem thermischen Pad geliefert. Dieser Schrittmotortreiber bietet Mikroschritte bis zu 1/16 Schritt, die digital vom Benutzer gesteuert werden können. Dieser Schrittmotor ist eine bessere Wahl für Systeme, die genauere Positionseinstellungen und Messungen erfordern.

Anwendungsdiagramm mit dem A4983SETTR-T Schrittmotortreiber. Aus dem A4983SETTR-T Datenblatt.

Es gibt eine große Anzahl von Schrittmotortreibern auf dem Markt, was es schwierig machen kann, zu bestimmen, welcher Treiber am besten für Ihren speziellen Schrittmotor geeignet ist. Octopart gibt Ihnen Zugang zu einer Reihe von Schrittmotoren und Schrittmotortreiberoptionen. Versuchen Sie, unseren Part Selector Guide zu verwenden, um die beste Option für Ihr nächstes Produkt zu bestimmen.

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