Escolhendo um CI Driver para Motor de Passo

Quando eu trabalhava em um laboratório de óptica, normalmente usávamos motores de passo para acionar estágios translacionais e goniométricos sensíveis para coletar medições espacial e espectralmente resolvidas. Sempre usávamos motores de passo para essas aplicações, graças à sua baixa histerese e fina resolução. Qualquer um desses motores de passo requer um driver para mover um estágio na direção desejada.

Se você está projetando equipamentos de medição sensíveis, ou precisa de controle preciso de velocidade e posição para o seu próximo sistema eletromecânico, você precisará escolher o driver certo para o seu motor de passo. Combinar um driver de motor de passo com um motor bipolar ou unipolar é fácil se você souber quais especificações verificar nas folhas de dados dos seus componentes.

Tipos de Motores de Passo e Drivers

Os motores de passo comuns podem ser classificados como dispositivos unipolares e bipolares, referindo-se principalmente à configuração das bobinas de enrolamento em cada estator. No nível mais básico, esses motores funcionam da mesma maneira; eletroímãs são ativados de maneira consecutiva para girar o eixo para a posição desejada. Esses motores são ideais para aplicações que requerem controle preciso de posição; eles não devem ser usados se for necessária alta velocidade. Esses motores de passo incluem motores de relutância variável, síncronos híbridos e motores de ímã permanente.

Os motores unipolares são relativamente simples em comparação com os motores bipolares. Um motor unipolar usa uma bobina de enrolamento em cada fase, e cada enrolamento inclui uma derivação comum. Graças à derivação comum, apenas metade do enrolamento está conduzindo corrente em qualquer momento, produzindo um torque menor do que um motor bipolar que opera na mesma tensão/corrente. Motores de passo unipolares de duas fases geralmente requerem de 5 a 8 cabos para se conectar ao driver, dependendo de como a derivação é incorporada nos enrolamentos do estator. Um motor bipolar gira à medida que o driver aplica um padrão específico de corrente direta e reversa através dos dois enrolamentos, daí o nome “bipolar”. Esses motores requerem uma ponte H por fase para acionamento.

Os motores típicos têm duas fases para reduzir a quantidade de cabos. O rotor pode ter polos norte e sul empilhados ao longo do eixo do rotor (construção chamada de lata) ou dentes finos ao longo do eixo do eixo; a separação angular entre essas regiões no eixo determina a resolução angular do motor de passo.

Combinando um Motor de Passo e Driver

Os parâmetros mais importantes nas especificações do driver para combinar com um determinado motor de passo são:

• Corrente constante vs. tensão constante. A indutância e a resistência DC das bobinas farão com que o motor de passo exiba uma resposta transitória. Isso influenciará a taxa na qual seu motor atinge o torque total. Acionamentos de corrente constante fornecem uma forte explosão de corrente, o que ajuda o motor a atingir o torque total em um tempo mais curto em comparação com acionamentos de tensão constante. Acionamentos de corrente constante normalmente incluem um circuito chopper, que reduz a corrente nas bobinas uma vez que ela excede um limite especificado.
• Microstepping. Alguns drivers incluem um circuito de interpolação interno que fornece passos em frações de um passo. A resolução pode ser diminuída por fatores de 1/2 a 1/16 do tamanho do passo padrão.
• Número de fases. Os drivers de motor de passo são projetados para acionar um número específico de fases. Motores de passo unipolares e bipolares típicos usam duas fases, embora um motor de relutância variável use três fases.

Atenção à frequência de ressonância do motor de passo e do driver se você pretende acionar o motor continuamente. Se a frequência dos seus pulsos de acionamento corresponder à frequência de ressonância do motor, uma forte vibração pode ocorrer dentro da carcaça do motor. Isso pode fazer com que o eixo do rotor saia de sincronia com as bobinas do estator, efetivamente fazendo com que o motor pare.

Embora a maneira mais simples de construir um circuito de controle de motor de passo para um motor unipolar envolva um temporizador 555 e alguns flip-flops D (ou pontes H para motores bipolares), existem muitos CI integrados que fornecem as mesmas capacidades em um pacote compacto e de baixo custo.

Panasonic AN44069A-VF

O driver de motor de passo AN44069A-VF da Panasonic é ideal para acionar motores de passo bipolares com saída de 37 V e corrente constante de 1,5 A. Este CI inclui um circuito chopper para limitar a saída de corrente e um oscilador PWM com duas frequências disponíveis para acionamento quase contínuo. Este driver é ideal para motores de passo básicos que não requerem controle de posição extremamente preciso (ou seja, microstepping) ou alto torque.

Fotografia do driver de motor de passo AN44069A-VF da Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

O driver de motor de passo de corrente constante STK672-630CN-E da ON Semiconductor é projetado para uso com motores de passo unipolares de 2 fases. Este driver fornece uma saída de tensão (46 V) e corrente (2.2 A) maior que o componente anterior. A taxa de passo do motor é controlada com um circuito de relógio externo, proporcionando controle de velocidade flexível.

Diagrama de blocos do driver de motor de passo STK672-630CN-E. Do datasheet do STK672-630CN-E.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

O driver de motor de passo de corrente constante A4983SETTR-T é projetado para acionar motores de passo bipolares com saída de 2 A (2,5 A em <20% de ciclo de trabalho) a 35 V. Este driver é fornecido em um pacote QFN de 28 pinos com um pad térmico. Este driver de motor de passo oferece micro passos de até 1/16 de passo, que podem ser controlados digitalmente pelo usuário. Este motor de passo é uma escolha melhor para sistemas que requerem configurações e medições de posição mais precisas.

Diagrama de aplicação com o driver de motor de passo A4983SETTR-T. Do datasheet do A4983SETTR-T.

Existem um grande número de drivers de motor de passo disponíveis no mercado, o que pode tornar difícil determinar qual driver é o melhor para o seu motor de passo específico. A Octopart oferece acesso a uma gama de motores de passo e opções de drivers de motor de passo. Tente usar nosso guia Seletor de Peças para determinar a melhor opção para o seu próximo produto.

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