Choisir un circuit intégré pour pilote de moteur pas à pas

À l'époque où je travaillais dans un laboratoire d'optique, nous utilisions généralement des moteurs pas à pas pour entraîner des étages de translation et des goniomètres sensibles pour recueillir des mesures spatialement et spectralement résolues. Nous avons toujours utilisé des moteurs pas à pas pour ces applications, grâce à leur faible hystérésis et leur fine résolution. Chacun de ces moteurs pas à pas nécessite un pilote pour déplacer un étage dans la direction souhaitée.

Que vous conceviez des équipements de mesure sensibles, ou que vous ayez besoin d'un contrôle précis de la vitesse et de la position pour votre prochain système électromécanique, vous devrez choisir le bon pilote pour votre moteur pas à pas. Associer un pilote de moteur pas à pas à un moteur bipolaire ou unipolaire est facile si vous savez quelles spécifications vérifier dans vos fiches techniques de composants.

Types de moteurs pas à pas et de pilotes

Les moteurs pas à pas courants peuvent être classés comme dispositifs unipolaires et bipolaires, se référant principalement à la configuration des enroulements de bobine dans chaque stator. Au niveau le plus élémentaire, ces moteurs fonctionnent de la même manière ; les électroaimants sont activés de manière consécutive pour faire tourner l'arbre à la position souhaitée. Ces moteurs sont idéaux pour les applications nécessitant un contrôle précis de la position ; ils ne doivent pas être utilisés si une grande vitesse est requise. Ces moteurs pas à pas incluent les moteurs à réluctance variable, synchrones hybrides et à aimant permanent.

Les moteurs unipolaires sont relativement simples par rapport aux moteurs bipolaires. Un moteur unipolaire utilise un enroulement sur chaque phase, et chaque enroulement comprend un point commun. Grâce au point commun, seulement la moitié de l'enroulement transporte un courant à un moment donné, produisant un couple inférieur à celui d'un moteur bipolaire fonctionnant à la même tension/courant. Les moteurs pas à pas unipolaires à deux phases nécessitent généralement 5 à 8 fils pour se connecter au pilote, selon la manière dont le point de connexion est incorporé dans les enroulements du stator. Un moteur bipolaire tourne lorsque le pilote applique un motif spécifique de courant avant et arrière à travers les deux enroulements, d'où le nom « bipolaire ». Ces moteurs nécessitent un pont en H par phase pour la conduite.

Les moteurs typiques ont deux phases afin de réduire le nombre de fils. Le rotor peut avoir des pôles nord et sud empilés le long de l'arbre du rotor (construction dite en canette) ou des dents fines le long de l'axe de l'arbre ; la séparation angulaire entre ces régions sur l'arbre détermine la résolution angulaire du moteur pas à pas.

Associer un moteur pas à pas et un pilote

Les paramètres les plus importants dans les spécifications du pilote pour l'association à un moteur pas à pas donné sont :

• Conduite à courant constant vs. conduite à tension constante. L'inductance et la résistance en courant continu des enroulements feront que le moteur pas à pas présentera une réponse transitoire. Cela influencera ensuite la vitesse à laquelle votre moteur atteint son couple maximal. Les conduites à courant constant fournissent une forte impulsion de courant, ce qui aide le moteur à atteindre son couple maximal dans un temps plus court par rapport aux conduites à tension constante. Les conduites à courant constant incluent normalement un circuit hacheur, qui réduit le courant dans les enroulements une fois qu'il dépasse une limite spécifiée.
• Micro-pas. Certains pilotes incluent un circuit d'interpolation interne qui permet de faire des pas à des fractions de pas. La résolution peut être diminuée par des facteurs allant de 1/2 à 1/16 de la taille de pas standard.
• Nombre de phases. Les pilotes de moteurs pas à pas sont conçus pour piloter un nombre spécifique de phases. Les moteurs pas à pas unipolaires et bipolaires typiques utilisent deux phases, bien qu'un moteur à réluctance variable utilise trois phases.

Faites attention à la fréquence de résonance du moteur pas à pas et du pilote si vous avez l'intention de piloter le moteur en continu. Si la fréquence de vos impulsions de pilotage correspond à la fréquence de résonance du moteur, une forte vibration peut se produire à l'intérieur du boîtier du moteur. Cela peut provoquer la désynchronisation de l'arbre du rotor avec les enroulements du stator, causant ainsi l'arrêt du moteur.

Bien que la manière la plus simple de construire un circuit de contrôle de moteur pas à pas pour un moteur unipolaire implique un minuteur 555 et quelques bascules D (ou des ponts en H pour les moteurs bipolaires), il existe de nombreux circuits intégrés qui offrent les mêmes capacités dans un emballage compact et à faible coût.

Panasonic AN44069A-VF

Le pilote de moteur pas à pas AN44069A-VF de Panasonic est idéal pour piloter des moteurs pas à pas bipolaires avec une sortie de 37 V et une source de courant constant de 1,5 A. Ce CI inclut un circuit hacheur pour limiter la sortie de courant et un oscillateur PWM avec deux fréquences disponibles pour une conduite presque continue. Ce pilote est idéal pour les moteurs pas à pas de base qui ne nécessitent pas un contrôle de position extrêmement précis (c'est-à-dire, micro-pas) ou un couple élevé.

Photographie du pilote de moteur pas à pas AN44069A-VF de Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

Le pilote de moteur pas à pas à courant constant STK672-630CN-E de ON Semiconductor est conçu pour être utilisé avec des moteurs pas à pas unipolaires à 2 phases. Ce pilote fournit une sortie de tension (46 V) et de courant (2.2 A) supérieures à celle du composant précédent. La vitesse de pas du moteur est contrôlée avec un circuit d'horloge externe, offrant un contrôle de vitesse flexible.

Schéma de bloc du pilote de moteur pas à pas STK672-630CN-E. Tiré de la fiche technique STK672-630CN-E.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

Le pilote de moteur pas à pas à courant constant A4983SETTR-T est conçu pour piloter des moteurs pas à pas bipolaires avec une sortie de 2 A (2,5 A à <20% de cycle de travail) à 35 V. Ce pilote est emballé dans un boîtier QFN de 28 broches avec un pad thermique. Ce pilote de moteur pas à pas offre un micro-pas jusqu'à 1/16ème de pas, qui peut être contrôlé numériquement par l'utilisateur. Ce moteur pas à pas est un meilleur choix pour les systèmes nécessitant des réglages de position et des mesures plus précises.

Schéma d'application avec le pilote de moteur pas à pas A4983SETTR-T. Tiré de la fiche technique A4983SETTR-T.

Il existe un grand nombre de pilotes de moteurs pas à pas disponibles sur le marché, ce qui peut rendre difficile la détermination du pilote le mieux adapté à votre moteur pas à pas particulier. Octopart vous donne accès à une gamme de moteurs pas à pas et d'options de pilotes de moteurs pas à pas. Essayez d'utiliser notre guide de sélection de pièces pour déterminer la meilleure option pour votre prochain produit.

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