Elección de un Circuito Integrado Controlador para Motores Paso a Paso

En mis días trabajando en un laboratorio de óptica, típicamente usábamos motores paso a paso para impulsar etapas translacionales y de goniómetro sensibles para recopilar mediciones espaciales y espectrales resueltas. Siempre utilizábamos motores paso a paso para estas aplicaciones, gracias a su baja histéresis y fina resolución. Cualquiera de estos motores paso a paso requiere de un controlador para mover una etapa en la dirección deseada.

Ya sea que estés diseñando equipos de medición sensibles, o requieras control preciso de velocidad y posición para tu próximo sistema electromecánico, necesitarás elegir el controlador adecuado para tu motor paso a paso. Hacer coincidir un controlador de motor paso a paso con un motor bipolar o unipolar es fácil si sabes qué especificaciones verificar en las hojas de datos de tu componente.

Tipos de Motores Paso a Paso y Controladores

Los motores paso a paso comunes pueden clasificarse como dispositivos unipolares y bipolares, refiriéndose principalmente a la configuración de las bobinas en cada estator. En el nivel más básico, estos motores funcionan de la misma manera; los electroimanes se activan de manera consecutiva para rotar el eje a la posición deseada. Estos motores son ideales para aplicaciones que requieren control preciso de posición; no deben usarse si se requiere alta velocidad. Estos motores paso a paso incluyen motores de reluctancia variable, sincrónicos híbridos y motores de imán permanente.

Los motores unipolares son relativamente simples en comparación con los motores bipolares. Un motor unipolar usa una bobina en cada fase, y cada bobina incluye un toque común. Gracias al toque común, solo la mitad de la bobina lleva corriente en cualquier momento dado, produciendo un torque menor que un motor bipolar que funciona con el mismo voltaje/corriente. Los motores paso a paso unipolares de dos fases generalmente requieren de 5 a 8 cables para conectarse al controlador, dependiendo de cómo se incorpore el toque en las bobinas del estator. Un motor bipolar rota a medida que el controlador aplica un patrón específico de corriente hacia adelante y hacia atrás a través de las dos bobinas, de ahí el nombre “bipolar”. Estos motores requieren un puente H por fase para su funcionamiento.

Los motores típicos tienen dos fases para reducir el número de cables. El rotor puede tener polos norte y sur apilados a lo largo del eje del rotor (construcción tipo lata) o dientes finos a lo largo del eje del eje; la separación angular entre estas regiones en el eje determina la resolución angular del motor paso a paso.

Haciendo Coincidir un Motor Paso a Paso y un Controlador

Los parámetros más importantes en las especificaciones del controlador para hacer coincidir con un motor paso a paso dado son:

• Corriente constante vs. conducción de voltaje constante. La inductancia y la resistencia continua de los bobinados harán que el motor paso a paso exhiba una respuesta transitoria. Esto influirá en la tasa a la que su motor alcanza el par máximo. Las conducciones de corriente constante proporcionan una fuerte ráfaga de corriente, lo que ayuda al motor a alcanzar el par máximo en un tiempo más corto en comparación con las conducciones de voltaje constante. Las conducciones de corriente constante normalmente incluyen un circuito chopper, que reduce la corriente en los bobinados una vez que supera un límite especificado.
• Microstepping. Algunos controladores incluyen un circuito de interpolación interna que proporciona pasos en fracciones de un paso. La resolución puede disminuirse por factores de 1/2 a 1/16 del tamaño de paso estándar.
• Número de fases. Los controladores de motores paso a paso están diseñados para conducir un número específico de fases. Los motores paso a paso unipolares y bipolares típicos usan dos fases, aunque un motor de reluctancia variable utiliza tres fases.

Preste atención a la frecuencia de resonancia del motor paso a paso y del controlador si tiene la intención de conducir el motor continuamente. Si la frecuencia de sus pulsos de conducción coincide con la frecuencia de resonancia del motor, puede ocurrir una fuerte vibración dentro de la carcasa del motor. Esto puede hacer que el eje del rotor se desincronice con los bobinados del estator, causando efectivamente que el motor se detenga.

Aunque la forma más simple de construir un circuito de control de motor paso a paso para un motor unipolar implica un temporizador 555 y algunos flip-flops D (o puentes H para motores bipolares), hay muchos circuitos integrados que proporcionan las mismas capacidades en un paquete compacto y de bajo costo.

Panasonic AN44069A-VF

El controlador de motor paso a paso AN44069A-VF de Panasonic es ideal para conducir motores paso a paso bipolares con 37 V de salida y 1.5 A de corriente constante. Este CI incluye un circuito chopper para limitar la salida de corriente y un oscilador PWM con dos frecuencias disponibles para una conducción casi continua. Este controlador es ideal para motores paso a paso básicos que no requieren un control de posición extremadamente preciso (es decir, microstepping) o alto par.

Fotografía del controlador de motor paso a paso AN44069A-VF de Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

El controlador de motor paso a paso de corriente constante STK672-630CN-E de ON Semiconductor está diseñado para su uso con motores paso a paso unipolares de 2 fases. Este controlador proporciona una salida de voltaje (46 V) y corriente (2.2 A) mayor que el componente anterior. La tasa de paso del motor se controla con un circuito de reloj externo, proporcionando un control de velocidad flexible.

Diagrama de bloques del controlador de motor paso a paso STK672-630CN-E. Del datasheet de STK672-630CN-E.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

El controlador de motor paso a paso de corriente constante A4983SETTR-T está diseñado para manejar motores paso a paso bipolares con una salida de 2 A (2.5 A en <20% de ciclo de trabajo) a 35 V. Este controlador viene empaquetado en un paquete QFN de 28 pines con una almohadilla térmica. Este controlador de motor paso a paso proporciona microstepping hasta 1/16 de paso, que puede ser controlado digitalmente por el usuario. Este motor paso a paso es una mejor opción para sistemas que requieren configuraciones y mediciones de posición más precisas.

Diagrama de aplicación con el controlador de motor paso a paso A4983SETTR-T. Del datasheet de A4983SETTR-T.

Hay un gran número de controladores de motores paso a paso disponibles en el mercado, lo que puede dificultar determinar cuál es el mejor controlador para su motor paso a paso en particular. Octopart le da acceso a una gama de motores paso a paso y opciones de controladores de motores paso a paso. Intente usar nuestra guía de Selector de Partes para determinar la mejor opción para su próximo producto.

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