Шаговые моторы имеют три режима управления вращением: полношаговый, полушаговый и микрошаговый.
Во время полношагового режима шаговые моторы для поворота мотора на 360 градусов делают 200 шагов, во время полушагового - 400, а во время микрошагового возможно делить шаг на 4, 8 и даже 16 частей. Техника управления микрошаговым режимом сложна, поэтому многие производители станков ЧПУ (CNC) и качественных 3D принтеров стали изготавливать специальные контроллеры для управления шаговыми двигателями, часто называемых драйверами шаговых моторов. Ещё их называют StepStick.
Функционирование специальных контроллеров управления (драйверов шаговых двигателей) происходит следующим образом: вначале напряжение питания поступает на шаговый двигатель, затем на логическую часть драйвера шаговика, после этого задается направление вращения и команда (ШАГ) по управляющим контактам на двигателе. Во время команды (ШАГ) шаговый мотор получает необходимое напряжение, которого достаточно для передвижения ротора на один микрошаг (полушаг или шаг) – это зависит от предварительных установок, заданных заранее специальными перемычками на RAMPS 1.4.
Зачастую у продаваемых контроллеров шаговых двигателей (например: RAMPS 1.4) предустановлен режим микрошага 1/16. Чтобы регулировать подаваемое на шаговый мотор напряжение питания, на котроллере RAMPS 1.4 установлен специальный переменный резистор. Он является важным элементом, поскольку шаговики могут быть под 8V, 4V, 12V и д.р.
Для платы RAMPS 1.4 выпускают два вида драйверов A4988 и DVR8825. Они отличаются током, выдаваемым на шаговый двигатель и минимальным микрошагом. И не только. Выпускаются несколько других драйверов шаговых двигателей, которые могут быть использованы в качестве альтернативы. Например, у драйвера шагового двигателя Pololu A4988 Black Edition производительность на 20% выше. Есть также большая версия драйвера на A4988, которая имеет защиту от обратной мощности на главном входе питания, а также встроенной 5 В и 3.3 В стабилизаторы напряжения, которые устраняют необходимость в покупке отдельного питания для логики и двигателей. Платы на DRV8825 предлагают на около 50% более высокую производительность в более широком диапазоне напряжений и с несколькими дополнительными функциями, в то время как платы на DRV8834 работают с двигателями с напряжением питания от 2.5 В. Любую из этих плат можно использовать в качестве драйвера во многих приложениях.
Рассмотрим драйвер A4988.
Характеристики драйвера A4988 Максимальный ток 2 A Минимальный микрошаг 1/16 шага Величина тока регулируется подстроечным резистором на драйвере. Вращение по часовой стрелке - повышение тока. Вращение против часовой стрелки - понижение величины тока. Установка микрошага производится перемычками установленными на RAMPS 1.4
Схема драйвера A4988
Подключение драйвера A4988 Для работы с драйвером A4988 необходимо питание логического уровня (3 - 5.5 В), подаваемое на выводы VDD и GND, а также питание двигателя (8 - 35 В) на выводы VMOT и GND. Чтобы обеспечить необходимый потребляемый ток (при пиковых до 4 А), необходимо поставить конденсаторы для гальванической развязки как можно ближе к плате.
Внимание: В плате используются керамические конденсаторы с низким эквивалентным последовательным сопротивлением, что делает её уязвимой для индуктивно-ёмкостных скачков напряжения, особенно если питающие провода длиннее нескольких сантиметров. В некоторых случаях, эти скачки могут превысить максимально допустимое значение (35 В для A4988) и повредить плату. Одним из способов защиты платы от подобных скачков является установка большого (не меньше 47 мкФ) электролитического конденсатора между выводом питания (VMOT) и землёй близко к плате.
Внимание: Соединение или разъединение шагового двигателя при включённом драйвере может привести к поломке двигателя.
Установка микрошага У шаговых двигателей обычно установлена конкретная величина (например 1,8° или 200 шагов на оборот), при которой достигается полный оборот в 360°. Микрошаговый драйвер, такой как A4988 позволяет увеличить разрешение за счёт возможности управления промежуточными шагами. Это достигается путём возбуждения обмоток средней величины тока. Например, управление мотором в режиме четверти шага даст двигателю с величиной 200-шагов-за-оборот уже 800 микрошагов при использовании разных уровней тока.
Разрешение (размер шага) задаётся комбинациями переключателей на входах (MS1, MS2, и MS3). С их помощью можно выбрать пять различных шагов, в соответствии с таблицей ниже. На входы MS1 и MS3 переключателя установлены 100 кОм подтягивающие на землю резисторы, а на MS2 - 50 кОм, и если оставить их не подключёнными, двигатель будет работать в полношаговом режиме. Для правильной работы в режиме микрошага необходим слабый ток (см. ниже), который обеспечивается ограничителями по току. В противном случае, промежуточные уровни будут некорректно восприниматься, и двигатель будет пропускать микрошаги.
Обычно для домашних 3D принтеров и станков ЧПУ используются драйверы A4988 с микрошагом 1/16. Для этого все перемычки на плате RAMPS 1.4 должны быть установлены на свои гнезда.
Входы управления Каждый импульс на входе STEP соответствует одному микрошагу двигателя, направление вращения которого зависит от сигнала на выводе DIR. Обратите внимание, что выводы STEP и DIR не подтянуты к какому-либо конкретному внутреннему напряжению, поэтому вы не должны оставлять эти выводы плавающими при создании приложений. Если вы просто хотите вращать двигатель в одном направлении, вы можете соединить DIR непосредственно с VCC или GND. Чип имеет три различных входа для управления состоянием питания: RST, SLP и EN. Обратите внимание, что вывод RST плавает; если вы его не используете, вы можете подключить его к соседнему контакту SLP на печатной плате, чтобы подать на него высокий уровень и включить плату.
Ограничение тока Для достижения высокой скорости шага, питания двигателя, как правило, гораздо выше, чем это было бы допустимо без активного ограничения тока. Например, типичный шаговый двигатель может иметь максимальный ток 1 А с 5 Ом; сопротивлением обмотки, отсюда максимально допустимое питание двигателя равно 5 В (U=I*R). Использование же такого двигателя с питанием 12 В позволит повысить скорость шага. Однако чтобы предотвратить повреждение двигателя, необходимо ограничить ток до уровня ниже 1 А.
Драйвер A4988 поддерживает активное ограничение тока, которое можно установить подстроечным потенциометром на плате. Один из способов установить предельный ток - подключить драйвер в полношаговый режим и измерять ток, протекающий через одну обмотку двигателя без синхронизации по входу STEP. Измеренный ток будет равен 0,7 части предельного тока (так как обе обмотки всегда ограничиваются примерно на 70% от текущей настройки предельного тока в полношаговом режиме). Учтите, что при изменении логического напряжения Vdd, на другое значение, изменит предельный ток, поскольку напряжение на выводе "ref" является функцией Vdd.
Еще один способ установить предельный ток – измерить напряжение на выводе "ref" и вычислить полученное ограничение тока (резисторы SENSE равны 0,05 Ом). Напряжение вывода доступно через металлизированное сквозное отверстие (в кружке на шёлкографии печатной платы). Ограничение тока относится к опорному напряжению следующим образом:
Current Limit = VREF × 2,5
Например: опорное напряжение равно 0,3 В, предельный ток 0,75 А. Как упоминалось выше, в режиме полного шага, ток через катушки ограничен 70% от текущего предела, поэтому, чтобы получить полный шаг тока катушки в 1 А, текущий предел должен быть 1 A / 0,7 = 1,4 А, что соответствует VREF 1,4 A / 2,5 = 0,56 В. Смотрите спецификацию A4988 для получения дополнительных сведений.
Примечание: Ток обмотки может сильно отличаться от тока источника питания, поэтому не следует измерять ток на источнике питания, чтобы установить ограничение тока. Подходящим местом для измерения тока является одна из обмоток вашего шагового двигателя.
Величину тока на драйвере шагового мотора настроить и опытным путём. Необходимо устроить прогон 3D принтера на высокой скорости по всем координатам. Оптимальным считается, когда шаговые двигатели уже не гудят и ещё не пропускают шаги.
Внимание: При регулировке тока подстроечным резистором на драйвере A4988. Вращение по часовой стрелке - повышение тока. Вращение против часовой стрелки - понижение величины тока.
Максимально допустимый ток подаваемый на обмотку, у микросхемы A4988 равен 2 A. Фактический ток, который можно подать на плату, зависит от качества охлаждения микросхемы. Плата разработана с учётом отвода тепла от микросхемы, но при токе выше 1 A на обмотку необходим теплоотвод или другое дополнительное охлаждение.
Внимание: плата драйвера может нагреться так, что можно получить ожог, задолго до того как перегреется сама микросхема. Будьте осторожны при обращении с платой и со всеми подключёнными к ней устройствами.
Обратите внимание, что ток, измеренный на источнике питания, как правило, не соответствует величине тока на обмотке. Так как напряжение, подаваемое на драйвер, может быть значительно выше напряжения на обмотке, то, соответственно, измеряемый ток на источнике питания может быть немного ниже, чем ток на обмотке (драйвер и обмотка в основном работают в качестве переключаемого источника с пошаговым понижением питания). Кроме того, если напряжение питания намного выше необходимого двигателю уровня для достижения требуемого тока, то скважность будет очень низкой, что также приводит к существенным различиям между средним и RMS током (среднеквадратичное значение переменного тока).
Просмотров: 5377
Дата: Пятница, 21 Октября 2016
robot-kit.ru
Драйвер шагового двигателя A4988 — предназначен для управления биполярными шаговыми двигателями, работающими от напряжения 8 - 35 В и потребляющими до 2 А на каждую обмотку двигателя. Драйвер построен на базе одноимённого чипа A4988 производства Allegro, он получил широкое распространение (в роботостроении, станках ЧПУ, 3D принтерах и т.д) благодаря простоте подключения и широкому функционалу.
С принципом работы шаговых двигателей можно ознакомиться в разделе Wiki - Шаговые двигатели.
Для удобства подключения к Arduino воспользуйтесь Trema Shield, Trema Power Shield, Motor Shield или Trema Set Shield.
Назначение выводов драйвера
На шине питания двигателя (между выводами VMOT и GND) рекомендуется установить электролитический конденсатор, как можно ближе к плате драйвера. Ёмкость конденсатора должна быть не ниже 1000 мкФ, а его рабочее напряжение должно превышать напряжение в шине питания двигателя минимум на 25%.
Двигатель подключается следующим образом: провода первой обмотки подключаются к выводам 1A, 1B драйвера, провода второй обмотки подключаются к выводам 2A, 2B драйвера. Если вы перепутаете обмотки двигателя (1, 2) или перепутаете начало и конец обмотки (A, B) то двигатель всё равно будет работать. Если двигатель будет вращаться в другую сторону, то поменяйте местами начало и конец (A и B) одной из обмоток (1 или 2).
Если Вы не знаете какие провода двигателя являются окончанием его обмоток, то до подключения двигателя к драйверу, выполните следующие действия: плавно вращайте ротор двигателя, поочерёдно замыкая между собой по два разных провода двигателя. Как только вы почувствуете что ротор стало тяжелее вращать, значит два замкнутых провода являются окончанием одной обмотки. Следовательно остальные два провода, являются окончанием второй обмотки.
Почему на схеме соединены выводы «RESET» и «SLEEP» драйвера? Дело в том, что вход «SLEEP» драйвера A4988 внутрисхемно подтянут к уровню логической «1» (спящий режим отключён), а вход «RESET» находится в состоянии высокого импеданса («висит», не подтянут к «1» и не прижат к «0»). Соединение выводов «SLEEP» и «RESET» приведёт к тому, что логическая «1» со входа «SLEEP» попадёт и на вход «RESET» драйвера (тот же результат можно достичь просто подав «1» на вход «RESET»). Значит и спящий режим, и перезагрузка, будут отключены, и недоступны.
Примечание
Шаговый двигатель это бесколлекторный двигатель, ротор которого вращается не плавно, а шагами (дискретно). Один оборот ротора (360°) состоит из определённого количества шагов. Количество полных шагов в одном обороте указывается в технической документации двигателя.
Управление шаговым двигателем осуществляется через входы «ENABLE», «STEP» и «DIR» драйвера (если считать, что выводы «RESET» и «SLEEP» соединены как на схеме). Подача логического «0» на вход «ENABLE» разрешает работу драйвера. С каждым фронтом импульса на входе «STEP», ротор двигателя будет поворачиваться на один шаг, направление поворота которого будет зависеть от логического уровня на входе «DIR».
Пример для двигателя 17HS1352-P4130 в полношаговом режиме:
Примечание
Входы «STEP» и «DIR» не имеют внутрисхемной подтяжки к «1» или «0». Значит их нельзя оставлять не подключёнными.
В предыдущем разделе указано, что один оборот ротора осуществляется за определённое количество шагов. Но шаговыми двигателями можно управлять не только в полношаговом режиме (1 шаг за такт), а еще и в полушаговом (1/2 шага за такт), и микрошаговом (1/4, 1/8, 1/16 ... шага за такт). Подробнее о режимах управления шаговыми двигателями смотрите в разделе Wiki - Шаговые двигатели.
Драйвер A4988 позволяет выбрать 1 из 5 вариантов размера шага двигателя. Выбор размера шага осуществляется установкой логических уровней на входах драйвера MS3, MS2, MS1, в соответствии с таблицей:
| Полношаговый режим | 0 | 0 | 0 |
| 1/2 шага | 0 | 0 | 1 |
| 1/4 шага | 0 | 1 | 0 |
| 1/8 шага | 0 | 1 | 1 |
| 1/16 шага | 1 | 1 | 1 |
Примечание
Входы MS3, MS2 и MS1 драйвера, внутрисхемно прижаты к GND (через сопротивления в несколько десятков кОм). Так что если их оставить не подключёнными, то драйвер будет работать в полношаговом режиме.
Если на двигатель подать напряжение выше его номинального значения, это приведёт к увеличению скорости шага. Но увеличение напряжения приведёт и к увеличению силы тока, а превышение максимального тока двигателя, выведет его из строя.
Но драйвер A4988 позволяет ограничивать максимальный выходной ток двигателя (настраивается подстроечным резистором на плате драйвера). Таким образом можно увеличить напряжение в сети питания двигателя, предварительно ограничив выходной ток, по следующей формуле:
IMAX = VREF * 8 * RSENSE, следовательно, VREF = IMAX / (8 * RSENSE) где:
| Расположение деталей на плате драйвера:Синим цветом обведены токочувствительные резисторы RSENSE = 0,1 Ом. Так как драйвер ограничивает токи в двух обмотках двигателя, то и резисторов RSENSE на плате, тоже два.Зелёным цветом обведён подстроечный резистор, для регулировки опорного напряжения VREF. |
В представленной выше формуле, значения IMAX (номинальный ток двигателя) и RSENSE (токочувствительное сопротивление) являются константами, а единственный параметр который можно менять, это опорное напряжение VREF. Настройка опорного напряжения VREF осуществляется подстроечным резистором, без подачи питания двигателя VMOT. Состояния на входах «ENABLE», «STEP», «DIR», «MS-3», «MS-2», «MS-1» драйвера, не влияют на настройку опорного напряжения VREF (если их логические уровни не меняются во время настройки). Настройку можно выполнять даже при отключённом от драйвера двигателе.
Пример
Настройка ограничения максимального тока для двигателя с номинальным током в 1 А.IMAX = 1 А.RSENSE = 0,1 Ом.VREF = IMAX / (8 * RSENSE) = 1 / (8 * 0,1) = 1,25 В.Подаём питание логической части драйвера VLOG. Не подаём питание двигателя VMOT. Подключаем вольтметр черным щупом к любому выводу GND, а красным щупом к центральному выводу подстроечного резистора (металлическая вращающая часть). Поворачивая вращающуюся часть подстроечного резистора, добиваемся показаний на вольтметре = 1,25 В. Теперь можно подать питание двигателя VMOT. Ток протекающий через его обмотки не будет превышать 1 А.
Примечание
Обратите внимание на картинку ниже, на ней показаны токи протекающие через обмотки двигателя в различных режимах размера шага. Если Ваш двигатель будет работать в полношаговом режиме, то максимальный ток будет ограничен 70,71% от установленного IMAX. Значит для полношагового режима работы это нужно учесть при расчёте IMAX. Так для приведенного выше примера, в полношаговом режиме работы, IMAX должен быть равен 1 А * 100 / 70,71 = 1A / 0,7071 = 1,41 A. Следовательно VREF = 1,41 / (8 * 0,1) = 1,7625 В. Но это только для полношагового режима работы двигателя.
Чип A4988 может работать с выходным током до 2 А при наличии радиатора. Но выходной ток ограничивается напряжением VREF которое снимается с подстроечного резистора на плате драйвера. Максимальное значение VREF зависит от номиналов подстроечного резистора, и резистора R1 который входит в состав резистивного делителя. Производители устанавливают на платах резисторы различных номиналов, следовательно, максимальный ток для разных плат может отличаться. Для платы указанной на картинке, максимальное значение VREF = 1,35 В, следовательно максимальный выходной ток (IMAX) = VREF * 8 * RSENSE = 1,35 * 8 * 0,1 = 1,08 А.
Как и в большинстве драйверов шаговых двигателей, силовая часть чипа A4988 представляет собой сдвоенный Н мост на полевых транзисторах, но больший интерес представляет логическая часть чипа. Драйвер позволяет выбирать размер шага: 1/1, 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16 (подробно описано ниже, в разделе «выбор размера шага двигателя»). Чип оснащён множеством схем защит отключающих его при: перегреве, перегрузке по току, коротком замыкании и пониженном питании. Чип автоматически выбирает режим затухания тока (медленный / быстрый) и позволяет ограничивать максимальный выходной ток двигателя (настраивается подстроечным резистором, подробно описано ниже, в разделе «ограничение максимального тока двигателя»).
iarduino.ru
  |  ОграниченноеколичествоОграниченноеколичество | |
|
| ||
Драйвер шагового двигателя A4988 (модуль GY-4988) для сборки 3D принтер Rep-Rap Mendel на платформе Arduino MEGA, а так же других принтеров и станков ЧПУ.
Посмотреть/скачать DataSheet микросхемы A4988 (формат PDF размер 1.4 МБ)Здесь подробная статья о принципах работы драйвера шагового двигателя, подключения и настройки A4988 =>>
Характеристики драйвера A4988: Микросхемы драйвера: A4988Напряжения питания: от 8 до 35 ВВозможность установки шага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 от максимального шага Напряжение логики: 3-5.5 ВЗащита от перегреваМаксимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиаторомРасстояние между рядами ножек: 12 ммРазмеры: 20 х 15 х 10 ммГабариты радиатора: 9 х 5 х 9 ммВес с радиатором: 3 гр.Вес без радиатора: 2 гр.
В комплекте один драйвер A4988 с радиатором.
Товар был добавлен в наш каталог Вторник, 18 Октября 2016
robot-kit.ru
