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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
Controlador de motor paso a paso con modo micropasos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos El artículo presenta el circuito y el diseño, describe el principio de funcionamiento del controlador de motor paso a paso bipolar basado en el microcontrolador ATmega48. Es capaz de trabajar con muchos motores y no contiene chips especializados para controlar motores paso a paso. La versatilidad está garantizada por un método original para mantener una corriente determinada en los devanados del motor. Este diseño puede servir como base para la creación de dispositivos similares que contengan elementos de seguridad adicionales: optoaislamiento de circuitos de entrada, protección contra cortocircuitos de carga, etc. En el dispositivo descrito, debido a las condiciones "moderadas" esperadas de su operación y para limitar el costo , dichos componentes no se proporcionan. El objetivo del desarrollo era crear un controlador de motor paso a paso bipolar sencillo y económico para uso universal. Todo el software está escrito en lenguaje ensamblador AVRASM y optimizado para el tiempo de ejecución, lo que permitió resolver el problema utilizando la base de elementos disponible en el momento del desarrollo. Principales características técnicas
Un diagrama esquemático del controlador se muestra en la Fig. 1 . Se basa en modeladores de corriente de puente de las fases A y B en transistores de efecto de campo VT1-VT4, VT5-VT8, respectivamente, controlados por microcircuitos controladores especializados de los interruptores superior e inferior del medio puente DA5-DA8 IR2104S. Para aumentar la inmunidad al ruido, se utiliza una fuente de alimentación independiente para la parte de alimentación (27 V) y la parte lógica con controladores de interruptor de alimentación (12 V).
A continuación, consideraremos la parte del circuito relacionada con una de las fases (fase A), ya que la parte relacionada con la fase B opera de manera similar. El dispositivo determina el valor instantáneo de la corriente de fase mediante la caída de voltaje a través de la resistencia R45, que, a través del circuito integrador R5C6, se suministra a la entrada no inversora del amplificador DA1.1 con ganancia ajustable, que también realiza la función. de un filtro de paso bajo de primer orden. Desde la salida del amplificador, la señal llega a la entrada inversora del comparador DA3.1. El comparador compara una señal proporcional a la corriente que fluye a través de la fase del motor con un voltaje de referencia. Se forma en forma de onda sinusoidal escalonada (para el modo de funcionamiento de micropasos) mediante el temporizador 1 del microcontrolador, que funciona en el modo "Fast PWM" sin división preliminar. La señal de la salida del temporizador pasa a través de un filtro de múltiples etapas R1C1R3C4R7C8. El período de repetición de los impulsos modulados en anchura es de 12,7 μs, lo que corresponde a una frecuencia de 78,4 kHz. En modo operativo, la resistencia R23 no participa en la formación del voltaje de referencia, ya que la salida PB3 del microcontrolador al que está conectada se encuentra en un estado de alta impedancia. En el modo de espera (después de que no haya pulsos en la entrada "Paso" durante los últimos 3,4 s), el programa configura la salida PB3 del microcontrolador a un nivel lógico bajo y la amplitud de la señal de referencia disminuye. Desde la salida del comparador de colector abierto DA3.1, cargado con la resistencia R25, el resultado de la comparación se envía a la entrada del comparador DA3.2. La salida del comparador DA3.1 también está conectada al cable común a través del condensador C22. Juntos, R25 y C22 son el circuito de sincronización de la unidad de estabilización de corriente. Cuando cae por debajo de cierto nivel de referencia, el condensador C22 se carga a través de la resistencia R25. En el intervalo de tiempo desde el inicio de la carga hasta que el voltaje en el capacitor alcanza el valor especificado por el divisor de voltaje R27R28, se corta la alimentación al devanado del motor, lo que evita fluctuaciones rápidas de corriente alrededor del valor de referencia. Este algoritmo en el sentido clásico no pertenece a los algoritmos de estabilización de corriente "PWM de frecuencia fija" o "PWM de tiempo fijo", pero en la práctica ha demostrado un buen rendimiento. Cuando la corriente excede el valor de referencia, la salida del comparador DA3.2 se establece en un nivel lógico bajo. El microcontrolador responde a esto apagando el devanado y al mismo tiempo cierra los transistores VT1-VT4 utilizando la señal SD suministrada a los controladores DA5 y DA6. Esto logra una rápida disminución de la corriente en los devanados del motor. Si la corriente cae por debajo del valor de referencia, ocurre lo contrario: los drivers DA5 y DA6 reciben una señal SD de alto nivel, abriendo los transistores mencionados, lo que no impide que la corriente aumente en el devanado. El cambio de las etapas de voltaje de referencia, así como el cambio de combinaciones de transistores abiertos y cerrados del puente, se produce con la llegada del siguiente pulso a la entrada "Paso" de acuerdo con algoritmos que dependen del coeficiente de división de paso preestablecido (la presencia de puentes entre los pines 1-2 y 3-4 del conector XP1) y el sentido de rotación actual (nivel de señal lógica en la entrada "Directa"). Ingrese "Resolver" fue concebido para habilitar y deshabilitar el funcionamiento del motor, pero en la versión del programa adjunta al artículo no funciona. El controlador está fabricado sobre una placa de circuito impreso de doble cara, cuyo dibujo de los conductores impresos se muestra en la Fig. 2, y la disposición de los elementos está en la Fig. 3. Los transistores VT1-VT8 están ubicados en un lado de la placa con las superficies disipadoras de calor alejadas de ella. Sobre estas superficies se presiona un disipador de calor mediante juntas aislantes; en el caso más sencillo, una placa de aluminio de 60x60 mm. Cabe señalar que con una corriente de fase de más de 4...5 A y un funcionamiento prolongado, un disipador de calor en forma de placa puede no ser suficiente y su superficie debe aumentarse haciendo que el disipador de calor tenga nervaduras o en forma de aguja.
El material del tablero debe elegirse con un espesor de al menos 1 ... 1,5 mm, el espesor de la lámina debe ser de al menos 35 micrones. Los conductores impresos a través de los cuales fluye una gran corriente deben estar fuertemente estañados o atados con alambre de cobre, soldándolos a lo largo de todo el conductor. La mayoría de los componentes de diseño se utilizan en el diseño de montaje en superficie. Las resistencias y condensadores son del tamaño 1206. Las resistencias R45, R50 tienen conductores y una potencia de al menos 2 W. Condensadores de óxido en circuitos de potencia, con baja ESR. Las resistencias recortadoras R18 y R19 son multivueltas de 3296W. Los valores de amplitud de la corriente de fase del motor se regulan mediante las resistencias de ajuste R18, R19. La forma más sencilla de hacer esto es cambiar el controlador al modo de 1/8 de micropaso y usar un voltímetro digital para monitorear la caída de voltaje en las resistencias del sensor de corriente R45 y R50. Al aplicar pulsos individuales a la entrada "Paso", los valores máximos de corriente se logran alternativamente en las fases A y B. Usando resistencias de recorte, estos valores se establecen iguales y correspondientes a la amplitud de corriente requerida. Reducir la resistencia de las resistencias de corte conduce a una disminución de la corriente y viceversa. Para orientarse, puede utilizar la tabla. 1, que muestra la dependencia de la amplitud de corriente de la fase I.mф de la resistencia introducida de la resistencia de sintonización. Tabla 1
Antes de encender el controlador, debe instalar puentes entre los pines 1-2 y 3-4 del conector XP1, asegurando el coeficiente de división de pasos del motor requerido de acuerdo con la tabla. 2. El programa analiza el estado de los puentes una vez al inicio de su funcionamiento, cambios posteriores en su estado no tienen ningún efecto en el funcionamiento del conductor. En la versión propuesta del programa no se proporciona el cambio del coeficiente de división "sobre la marcha". Tabla 2
El programa del microcontrolador y el archivo de la placa de circuito impreso en formato Sprint Layout 6.0 se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/est-drv.zip. Autor: M.Reznikov
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