Wybór sterownika silnika krokowego IC

W moich czasach pracy w laboratorium optycznym, zwykle używaliśmy silników krokowych do napędzania czułych etapów translacyjnych i goniometrycznych w celu zbierania pomiarów przestrzennych i spektralnych. Zawsze używaliśmy silników krokowych do tych zastosowań, dzięki ich niskiej histerezie i precyzyjnej rozdzielczości. Każdy z tych silników krokowych wymaga sterownika do przemieszczenia etapu w pożądanym kierunku.

Bez względu na to, czy projektujesz czułe urządzenia pomiarowe, czy potrzebujesz precyzyjnej kontroli prędkości i pozycji dla Twojego kolejnego systemu elektromechanicznego, będziesz musiał wybrać odpowiedni sterownik do swojego silnika krokowego. Dopasowanie sterownika silnika krokowego do silnika bipolarnego lub unipolarnego jest łatwe, jeśli wiesz, które specyfikacje sprawdzić w kartach katalogowych komponentów.

Typy silników krokowych i sterowników

Typowe silniki krokowe można sklasyfikować jako urządzenia unipolarne i bipolarne, odnosząc się przede wszystkim do konfiguracji uzwojeń cewek w każdym stojanie. Na najbardziej podstawowym poziomie, te silniki działają w ten sam sposób; elektromagnesy są włączane kolejno, aby obrócić wał do pożądanej pozycji. Te silniki są idealne do zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli pozycji; nie powinny być używane, jeśli wymagana jest wysoka prędkość. Te silniki krokowe obejmują silniki o zmiennej reluktancji, hybrydowe synchroniczne i silniki z magnesami trwałymi.

Silniki unipolarne są stosunkowo proste w porównaniu do silników bipolarnych. Silnik unipolarny używa jednego uzwojenia na każdą fazę, a każde uzwojenie zawiera wspólny punkt połączenia. Dzięki wspólnemu punktowi połączenia, tylko połowa uzwojenia przewodzi prąd w danym momencie, wytwarzając mniejszy moment obrotowy niż silnik bipolarny pracujący przy tym samym napięciu/prądzie. Dwufazowe silniki krokowe unipolarne zazwyczaj wymagają od 5 do 8 przewodów do połączenia ze sterownikiem, w zależności od tego, jak punkt połączenia jest włączony do uzwojeń stojana. Silnik bipolarny obraca się, gdy sterownik stosuje określony wzór prądu przemiennego i zmiennego przez dwie cewki, stąd nazwa „bipolarny”. Te silniki wymagają jednego mostka H na fazę do sterowania.

Typowe silniki mają dwie fazy w celu zmniejszenia liczby przewodów. Rotor może mieć ułożone bieguny północne i południowe wzdłuż wału rotora (tzw. konstrukcja puszki) lub drobne zęby wzdłuż osi wału; rozdzielenie kątowe między tymi regionami na wale określa rozdzielczość kątową silnika krokowego.

Dopasowanie silnika krokowego i sterownika

Najważniejsze parametry w specyfikacjach sterownika do dopasowania do danego silnika krokowego to:

• Stały prąd vs. stałe napięcie. Indukcyjność i opór stały uzwojeń spowodują, że silnik krokowy będzie wykazywał odpowiedź przejściową. Będzie to miało wpływ na szybkość, z jaką silnik osiągnie pełny moment obrotowy. Napędy ze stałym prądem dostarczają silny impuls prądu, co pomaga silnikowi osiągnąć pełny moment obrotowy w krótszym czasie w porównaniu z napędami ze stałym napięciem. Napędy ze stałym prądem zazwyczaj zawierają układ tnący, który redukuje prąd w uzwojeniach, gdy przekroczy określony limit.
• Mikrokrokowanie. Niektóre sterowniki zawierają wewnętrzny układ interpolacji, który umożliwia krokowanie w ułamkach kroku. Rozdzielczość można zmniejszyć o czynniki od 1/2 do 1/16 standardowego rozmiaru kroku.
• Liczba faz. Sterowniki silników krokowych są zaprojektowane do obsługi określonej liczby faz. Typowe silniki krokowe unipolarne i bipolarnie używają dwóch faz, chociaż silnik o zmiennej reluktancji używa trzech faz.

Zwróć uwagę na częstotliwość rezonansową silnika krokowego i sterownika, jeśli zamierzasz napędzać silnik ciągle. Jeśli częstotliwość twoich impulsów napędowych odpowiada częstotliwości rezonansowej silnika, w obudowie silnika może wystąpić silne drganie. Może to spowodować, że wał wirnika wyjdzie z synchronizacji z uzwojeniami stojana, efektywnie powodując zatrzymanie silnika.

Chociaż najprostszy sposób na zbudowanie układu sterowania silnikiem krokowym dla silnika unipolarnego obejmuje timer 555 i kilka przerzutników D (lub mostków H dla silników bipolarnych), istnieje wiele zintegrowanych układów scalonych, które oferują te same możliwości w niskiej cenie i kompaktowym opakowaniu.

Panasonic AN44069A-VF

Sterownik silnika krokowego AN44069A-VF od Panasonic jest idealny do napędzania silników krokowych bipolarnych z wyjściem 37 V i stałym prądem 1,5 A. Ten układ scalony zawiera układ tnący do ograniczenia prądu wyjściowego oraz oscylator PWM z dwoma dostępnymi częstotliwościami dla niemal ciągłego napędzania. Ten sterownik jest idealny dla podstawowych silników krokowych, które nie wymagają bardzo precyzyjnej kontroli pozycji (tj. mikrokrokowanie) lub wysokiego momentu obrotowego.

Zdjęcie układu scalonego sterownika silnika krokowego AN44069A-VF od Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

Sterownik silnika krokowego ze stałym prądem STK672-630CN-E od ON Semiconductor jest przeznaczony do użytku z silnikami krokowymi unipolarnymi 2-fazowymi. Ten sterownik zapewnia wyższe napięcie wyjściowe (46 V) i prąd wyjściowy (2,2 A) niż poprzedni komponent. Szybkość kroku silnika jest kontrolowana z zewnętrznym układem zegarowym, zapewniając elastyczną kontrolę prędkości.

Schemat blokowy sterownika silnika krokowego STK672-630CN-E. Z karty katalogowej STK672-630CN-E.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

Sterownik silnika krokowego o stałym prądzie A4983SETTR-T jest zaprojektowany do sterowania dwufazowymi silnikami krokowymi z wyjściem 2 A (2,5 A przy <20% cyklu pracy) przy 35 V. Ten sterownik jest dostarczany w obudowie 28-pinowej QFN z termiczną podkładką. Sterownik silnika krokowego umożliwia mikrokrokowanie do 1/16 kroku, które może być cyfrowo kontrolowane przez użytkownika. Ten sterownik silnika krokowego jest lepszym wyborem dla systemów wymagających bardziej precyzyjnych ustawień pozycji i pomiarów.

Schemat aplikacji ze sterownikiem silnika krokowego A4983SETTR-T. Z karty katalogowej A4983SETTR-T.

Na rynku dostępnych jest wiele sterowników silników krokowych, co może utrudnić określenie, który sterownik jest najlepszy dla konkretnego silnika krokowego. Octopart daje dostęp do szerokiej gamy silników krokowych i opcji sterowników silników krokowych. Spróbuj użyć naszego przewodnika wyboru części, aby określić najlepszą opcję dla Twojego następnego produktu.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.