Выбор драйвера шагового двигателя IC

Во времена моей работы в оптической лаборатории мы обычно использовали шаговые двигатели для управления чувствительными трансляционными и гониометрическими стадиями для получения пространственно и спектрально разрешенных измерений. Мы всегда использовали шаговые двигатели для этих приложений благодаря их низкому гистерезису и высокой разрешающей способности. Любой из этих шаговых двигателей требует драйвера для перемещения стадии в желаемом направлении.

Независимо от того, разрабатываете ли вы чувствительное измерительное оборудование или вам требуется точный контроль скорости и положения для вашей следующей электромеханической системы, вам нужно будет выбрать подходящий драйвер для вашего шагового двигателя. Подбор драйвера шагового двигателя к биполярному или униполярному двигателю легко, если вы знаете, какие характеристики проверять в спецификациях ваших компонентов.

Типы шаговых двигателей и драйверов

Обычные шаговые двигатели можно классифицировать как униполярные и биполярные устройства, что в первую очередь относится к конфигурации обмоток катушек в каждом статоре. На самом базовом уровне эти двигатели работают одинаково; электромагниты включаются последовательно для вращения вала в желаемое положение. Эти двигатели идеально подходят для приложений, требующих точного контроля положения; их не следует использовать, если требуется высокая скорость. К этим шаговым двигателям относятся двигатели с переменным реактивным сопротивлением, гибридные синхронные и двигатели с постоянными магнитами.

Униполярные двигатели относительно просты по сравнению с биполярными. Униполярный двигатель использует одну обмотку на каждой фазе, и каждая обмотка включает общий отвод. Благодаря общему отводу, только половина обмотки в любой момент времени проводит ток, создавая меньший крутящий момент, чем биполярный двигатель, работающий при том же напряжении/токе. Двухфазные униполярные шаговые двигатели обычно требуют от 5 до 8 выводов для подключения к драйверу, в зависимости от того, как отвод интегрирован в обмотки статора. Биполярный двигатель вращается, когда драйвер подает определенный рисунок прямого и обратного тока через две обмотки, отсюда и название «биполярный». Эти двигатели требуют один H-мост на фазу для управления.

Типичные двигатели имеют две фазы для уменьшения количества выводов. Ротор может иметь уложенные северные и южные полюса вдоль вала ротора (так называемая конструкция банки) или тонкие зубцы вдоль оси вала; угловое разделение между этими регионами на валу определяет угловое разрешение шагового двигателя.

Подбор шагового двигателя и драйвера

Наиболее важные параметры в спецификациях драйвера для подбора к данному шаговому двигателю:

• Постоянный ток против постоянного напряжения. Индуктивность и постоянное сопротивление обмоток вызовут переходной процесс в шаговом двигателе. Это, в свою очередь, повлияет на скорость, с которой ваш двигатель достигнет полного крутящего момента. Приводы с постоянным током обеспечивают мощный всплеск тока, что помогает двигателю достичь полного крутящего момента за более короткое время по сравнению с приводами с постоянным напряжением. Приводы с постоянным током обычно включают в себя схему рубильника, которая снижает ток в обмотках, когда он превышает определенный предел.
• Микрошаг. Некоторые драйверы включают внутреннюю схему интерполяции, которая обеспечивает шаги дробными частями шага. Разрешение может быть уменьшено в диапазоне от 1/2 до 1/16 от стандартного размера шага.
• Количество фаз. Драйверы шаговых двигателей предназначены для управления определенным количеством фаз. Типичные униполярные и биполярные шаговые двигатели используют две фазы, хотя двигатель с переменным сопротивлением использует три фазы.

Обратите внимание на резонансную частоту шагового двигателя и драйвера, если вы собираетесь управлять двигателем непрерывно. Если частота ваших управляющих импульсов совпадает с резонансной частотой двигателя, в корпусе двигателя может возникнуть сильная вибрация. Это может привести к тому, что вал ротора выйдет из синхронизации с обмотками статора, фактически вызывая остановку двигателя.

Хотя самый простой способ построения схемы управления шаговым двигателем для униполярного двигателя включает в себя таймер 555 и некоторые D-триггеры (или H-мосты для биполярных двигателей), существует множество интегрированных микросхем, которые предоставляют те же возможности в компактном и недорогом корпусе.

Panasonic AN44069A-VF

Драйвер шагового двигателя AN44069A-VF от Panasonic идеально подходит для управления биполярными шаговыми двигателями с выходным напряжением 37 В и постоянным током 1.5 А. Эта микросхема включает схему рубильника для ограничения выходного тока и PWM-генератор с двумя доступными частотами для почти непрерывного управления. Этот драйвер идеален для базовых шаговых двигателей, которые не требуют чрезвычайно точного контроля положения (т.е. микрошага) или высокого крутящего момента.

Фотография микросхемы драйвера шагового двигателя AN44069A-VF от Panasonic.

ON Semiconductor STK672-630CN-E

Драйвер шагового двигателя с постоянным током STK672-630CN-E от ON Semiconductor предназначен для использования с униполярными шаговыми двигателями на 2 фазы. Этот драйвер обеспечивает более высокое выходное напряжение (46 В) и выходной ток (2.2 А) по сравнению с предыдущим компонентом. Скорость шага двигателя контролируется с помощью внешней схемы тактирования, обеспечивая гибкий контроль скорости.

Блок-схема драйвера шагового двигателя STK672-630CN-E. Из даташита STK672-630CN-E.

Allegro MicroSystems A4983SETTR-T

Драйвер шагового двигателя постоянного тока A4983SETTR-T предназначен для управления биполярными шаговыми двигателями с выходным током 2 А (2,5 А при <20% рабочего цикла) на 35 В. Этот драйвер поставляется в 28-контактном корпусе QFN с тепловой подложкой. Этот драйвер шагового двигателя обеспечивает микрошаг до 1/16 шага, который может быть цифровым образом контролируемым пользователем. Этот шаговый двигатель является лучшим выбором для систем, требующих более точных настроек положения и измерений.

Схема применения с драйвером шагового двигателя A4983SETTR-T. Из даташита A4983SETTR-T.

На рынке доступно большое количество драйверов шаговых двигателей, что может затруднить выбор подходящего драйвера для вашего конкретного шагового двигателя. Octopart предоставляет доступ к широкому ассортименту шаговых двигателей и драйверов для них. Попробуйте использовать наш руководство по выбору компонентов, чтобы определить лучший вариант для вашего следующего продукта.

Оставайтесь на связи с нашими последними статьями, подписавшись на нашу рассылку.