Scegliere un Driver IC per Motori Passo-Passo

Quando lavoravo in un laboratorio di ottica, di solito utilizzavamo motori passo-passo per azionare stadi traslazionali e goniometrici sensibili per raccogliere misurazioni spaziali e spettrali risolte. Abbiamo sempre usato motori passo-passo per queste applicazioni, grazie alla loro bassa isteresi e fine risoluzione. Ognuno di questi motori passo-passo richiede un driver per muovere uno stadio nella direzione desiderata.

Se stai progettando attrezzature di misurazione sensibili, o hai bisogno di un controllo preciso della velocità e della posizione per il tuo prossimo sistema elettromeccanico, dovrai scegliere il driver giusto per il tuo motore passo-passo. Abbinare un driver per motori passo-passo a un motore bipolare o unipolare è facile se sai quali specifiche controllare nei datasheet dei tuoi componenti.

Tipi di Motori Passo-Passo e Driver

I motori passo-passo comuni possono essere classificati come dispositivi unipolari e bipolari, riferendosi principalmente alla configurazione delle avvolgimenti della bobina in ogni statore. Al livello più basilare, questi motori funzionano nello stesso modo; gli elettromagneti vengono attivati in modo consecutivo per ruotare l'albero nella posizione desiderata. Questi motori sono ideali per applicazioni che richiedono un controllo preciso della posizione; non dovrebbero essere usati se è richiesta un'alta velocità. Questi motori passo-passo includono motori a riluttanza variabile, sincroni ibridi e a magnete permanente.

I motori unipolari sono relativamente semplici rispetto ai motori bipolari. Un motore unipolare utilizza un avvolgimento per ogni fase, e ogni avvolgimento include un rubinetto comune. Grazie al rubinetto comune, solo metà dell'avvolgimento trasporta corrente in un dato momento, producendo una coppia inferiore rispetto a un motore bipolare che funziona alla stessa tensione/corrente. I motori passo-passo unipolari a due fasi generalmente richiedono da 5 a 8 conduttori per connettersi al driver, a seconda di come il rubinetto è incorporato negli avvolgimenti dello statore. Un motore bipolare ruota mentre il driver applica uno specifico schema di corrente in avanti e indietro attraverso i due avvolgimenti, da qui il nome "bipolare". Questi motori richiedono un ponte H per fase per la guida.

I motori tipici hanno due fasi per ridurre il numero di conduttori. Il rotore può avere poli nord e sud impilati lungo l'albero del rotore (cosiddetta costruzione a lattina) o denti fini lungo l'asse dell'albero; la separazione angolare tra queste regioni sull'albero determina la risoluzione angolare del motore passo-passo.

Abbinare un Motore Passo-Passo e un Driver

I parametri più importanti nelle specifiche del driver per l'abbinamento a un dato motore passo-passo sono:

• Corrente costante vs. tensione costante. L'induttanza e la resistenza in corrente continua delle avvolgimenti causeranno una risposta transitoria nel motore passo-passo. Questo influenzerà la velocità con cui il motore raggiunge la coppia massima. I circuiti di azionamento a corrente costante forniscono un forte impulso di corrente, che aiuta il motore a raggiungere la coppia massima in un tempo più breve rispetto ai circuiti di azionamento a tensione costante. I circuiti di azionamento a corrente costante includono normalmente un circuito di taglio, che riduce la corrente negli avvolgimenti una volta superato un limite specificato.
• Microstepping. Alcuni driver includono un circuito di interpolazione interno che fornisce passi frazionati di un passo. La risoluzione può essere ridotta di fattori che vanno da 1/2 a 1/16 della dimensione del passo standard.
• Numero di fasi. I driver per motori passo-passo sono progettati per pilotare un numero specifico di fasi. I motori passo-passo unipolari e bipolari tipici utilizzano due fasi, anche se un motore a riluttanza variabile utilizza tre fasi.

Presta attenzione alla frequenza di risonanza del motore passo-passo e del driver se intendi pilotare il motore continuamente. Se la frequenza dei tuoi impulsi di pilotaggio corrisponde alla frequenza di risonanza del motore, può verificarsi una forte vibrazione all'interno del corpo motore. Questo può causare lo sfasamento dell'albero rotore rispetto alle avvolgimenti dello statore, causando effettivamente lo stallo del motore.

Sebbene il modo più semplice per costruire un circuito di controllo per un motore passo-passo unipolare coinvolga un timer 555 e alcuni flip-flop D (o ponti H per motori bipolari), esistono molti circuiti integrati che offrono le stesse capacità in un pacchetto compatto e a basso costo.

Panasonic AN44069A-VF

Il driver per motori passo-passo AN44069A-VF di Panasonic è ideale per pilotare motori passo-passo bipolari con un'uscita di 37 V e una corrente costante di 1,5 A. Questo IC include un circuito di taglio per limitare la corrente in uscita e un oscillatore PWM con due frequenze disponibili per un pilotaggio quasi continuo. Questo driver è ideale per motori passo-passo di base che non richiedono un controllo della posizione estremamente preciso (ad es., microstepping) o un'elevata coppia.

Fotografia del driver per motore passo-passo AN44069A-VF di Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

Il driver per motori passo-passo a corrente costante STK672-630CN-E di ON Semiconductor è progettato per l'uso con motori passo-passo unipolari a 2 fasi. Questo driver fornisce un'uscita di tensione (46 V) e corrente (2.2 A) superiore rispetto al componente precedente. La velocità del passo del motore è controllata con un circuito di orologio esterno, fornendo un controllo della velocità flessibile.

Diagramma a blocchi del driver per motori passo-passo STK672-630CN-E. Dal datasheet STK672-630CN-E.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

Il driver per motori passo-passo a corrente costante A4983SETTR-T è progettato per pilotare motori passo-passo bipolari con un'uscita di 2 A (2,5 A con ciclo di lavoro <20%) a 35 V. Questo driver è confezionato in un pacchetto QFN a 28 pin con un pad termico. Questo driver per motori passo-passo offre microstepping fino a 1/16 di passo, che può essere controllato digitalmente dall'utente. Questo motore passo-passo è una scelta migliore per sistemi che richiedono impostazioni di posizione e misurazioni più precise.

Diagramma di applicazione con il driver per motori passo-passo A4983SETTR-T. Dal datasheet A4983SETTR-T.

Ci sono un gran numero di driver per motori passo-passo disponibili sul mercato, il che può rendere difficile determinare quale driver sia il migliore per il vostro particolare motore passo-passo. Octopart vi dà accesso a una gamma di motori passo-passo e opzioni di driver per motori passo-passo. Provate a utilizzare la nostra guida al Selettore di Parti per determinare la migliore opzione per il vostro prossimo prodotto.

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