스테퍼 모터 드라이버 IC 선택하기

제가 광학 실험실에서 일하던 시절, 우리는 일반적으로 공간적 및 분광학적으로 해결된 측정을 수집하기 위해 민감한 이동 및 각도계 스테이지를 구동하는 데 스테퍼 모터를 사용했습니다. 이러한 응용 프로그램에 스테퍼 모터를 항상 사용한 이유는 낮은 이력 현상과 미세한 해상도 덕분입니다. 이러한 스테퍼 모터는 원하는 방향으로 스테이지를 이동시키기 위해 드라이버가 필요합니다.

민감한 측정 장비를 설계하거나 다음 전기 기계 시스템에 정밀한 속도 및 위치 제어가 필요한 경우, 스테퍼 모터에 적합한 드라이버를 선택해야 합니다. 구성 요소 데이터시트에서 확인해야 할 사양을 알고 있다면 양극성 또는 단극성 모터에 맞는 스테퍼 모터 드라이버를 쉽게 매칭할 수 있습니다.

스테퍼 모터 및 드라이버의 유형

일반적인 스테퍼 모터는 단극성 및 양극성 장치로 분류될 수 있으며, 이는 주로 각 스테이터의 코일 권선 구성을 나타냅니다. 가장 기본적인 수준에서, 이 모터는 같은 방식으로 작동합니다; 전자석이 연속적으로 켜져 축을 원하는 위치로 회전시킵니다. 이 모터는 정밀한 위치 제어가 필요한 응용 프로그램에 이상적이며, 고속이 필요한 경우에는 사용해서는 안 됩니다. 이러한 스테퍼 모터에는 가변 유도, 하이브리드 동기, 영구 자석 모터가 포함됩니다.

단극성 모터는 양극성 모터에 비해 상대적으로 간단합니다. 단극성 모터는 각 단계에 하나의 권선을 사용하며, 각 권선에는 공통 탭이 포함됩니다. 공통 탭 덕분에 권선의 절반만이 어떤 시점에 전류를 통하고 있어, 동일한 전압/전류에서 작동하는 양극성 모터보다 낮은 토크를 생성합니다. 단극성 스테퍼 모터는 일반적으로 스테이터 권선에 탭이 어떻게 통합되어 있는지에 따라 드라이버에 연결하기 위해 5~8개의 리드가 필요합니다. 양극성 모터는 드라이버가 두 권선을 통해 특정한 전진 및 역전류 패턴을 적용함으로써 회전하므로 "양극성"이라는 이름이 붙습니다. 이 모터는 구동을 위해 단계당 하나의 H-브리지가 필요합니다.

전형적인 모터는 리드 수를 줄이기 위해 두 단계를 가지고 있습니다. 로터는 로터 축을 따라 쌓인 북극과 남극(일명 캔 구조)을 가질 수 있거나 축의 축을 따라 미세한 이빨을 가질 수 있으며, 축상의 이러한 영역 사이의 각도 분리는 스테퍼 모터의 각도 해상도를 결정합니다.

스테퍼 모터와 드라이버 매칭

주어진 스테퍼 모터에 맞추기 위한 드라이버 사양에서 가장 중요한 매개변수는 다음과 같습니다:

• 정전류 대 정전압 구동. 윈딩의 인덕턴스와 직류 저항은 스테퍼 모터가 일시적인 반응을 보이게 할 것입니다. 이는 모터가 전체 토크에 도달하는 속도에 영향을 미칠 것입니다. 정전류 구동은 강력한 전류의 폭발을 제공하여, 정전압 구동에 비해 모터가 전체 토크에 더 빠르게 도달하도록 돕습니다. 정전류 구동은 일반적으로 지정된 한계를 초과하면 윈딩의 전류를 줄이는 초퍼 회로를 포함합니다.
• 마이크로스텝핑. 일부 드라이버는 한 스텝의 분수에 해당하는 스텝핑을 제공하는 내부 보간 회로를 포함합니다. 해상도는 표준 스텝 크기의 1/2부터 1/16까지의 요인으로 감소될 수 있습니다.
• 단계 수. 스테퍼 모터 드라이버는 특정 단계 수를 구동하도록 설계되었습니다. 전형적인 유니폴라 및 바이폴라 스테퍼 모터는 두 단계를 사용하는 반면, 가변 저항 모터는 세 단계를 사용합니다.

모터를 지속적으로 구동하려는 경우 스테퍼 모터와 드라이버의 공진 주파수에 주의하세요. 구동 펄스의 주파수가 모터의 공진 주파수와 일치하면 모터 하우징 내에서 강한 진동이 발생할 수 있습니다. 이는 로터 축이 스테이터 윈딩과 동기를 이탈하게 하여, 사실상 모터가 정지하게 할 수 있습니다.

유니폴라 모터를 위한 스테퍼 모터 제어 회로를 구축하는 가장 간단한 방법은 555 타이머와 일부 D 플립플롭 (또는 바이폴라 모터를 위한 H-브리지)을 사용하는 것이지만, 많은 통합 IC들이 저렴한 비용과 컴팩트한 패키지로 같은 기능을 제공합니다.

Panasonic AN44069A-VF

Panasonic의 AN44069A-VF 스테퍼 모터 드라이버는 37 V 출력과 1.5 A 정전류 소싱으로 바이폴라 스테퍼 모터를 구동하기에 이상적입니다. 이 IC는 전류 출력을 제한하는 초퍼 회로와 거의 연속 구동을 위한 두 가지 사용 가능한 주파수를 가진 PWM 오실레이터를 포함합니다. 이 드라이버는 극도로 정밀한 위치 제어(예: 마이크로스텝핑)나 높은 토크를 요구하지 않는 기본 스테퍼 모터에 이상적입니다.

Panasonic의 AN44069A-VF 스테퍼 모터 드라이버 사진.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

ON Semiconductor의 STK672-630CN-E 정전류 스테퍼 모터 드라이버는 2단계 유니폴라 스테퍼 모터용으로 설계되었습니다. 이 드라이버는 이전 구성요소보다 높은 전압 출력(46 V)과 전류 출력(2.2 A)을 제공합니다. 모터 스텝 속도는 외부 클록 회로로 제어되어 유연한 속도 제어를 제공합니다.

STK672-630CN-E 스테퍼 모터 드라이버의 블록 다이어그램. STK672-630CN-E 데이터시트에서 가져옴.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

A4983SETTR-T 상시 전류 스테퍼 모터 드라이버는 35V에서 2A(20% 미만의 듀티 사이클에서 2.5A) 출력으로 양극성 스테퍼 모터를 구동하기 위해 설계되었습니다. 이 드라이버는 열 패드가 있는 28핀 QFN 패키지로 제공됩니다. 이 스테퍼 모터 드라이버는 사용자가 디지털 방식으로 제어할 수 있는 1/16단계까지의 마이크로스텝을 제공하여, 보다 정밀한 위치 설정과 측정이 필요한 시스템에 더 적합한 선택입니다.

A4983SETTR-T 스테퍼 모터 드라이버를 사용한 응용 다이어그램. A4983SETTR-T 데이터시트에서 가져옴.

시장에는 다양한 스테퍼 모터 드라이버가 있어, 특정 스테퍼 모터에 가장 적합한 드라이버를 결정하기 어려울 수 있습니다. Octopart는 다양한 스테퍼 모터와 스테퍼 모터 드라이버 옵션에 대한 접근을 제공합니다. 다음 제품에 가장 적합한 옵션을 결정하기 위해 부품 선택 가이드를 사용해 보세요.

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