Драйвер — это посредник между шаговым двигателем (ШД) и источником управляющих воздействий. С его помощью производится управление ЩД с возможностью точного позиционирования вала ШД. Основная задача драйвера в том, чтобы в зависимости от входного сигнала подавать соответствующее напряжение на обмотки шагового двигателя. [1]
Задача состоит в экспериментальном определении наиболее оптимального драйвера для ШД MT-1703HD200AW. Необходимо, определить граничные частоты, при которых происходит плавный, стабильный запуск и вращение ШД, а также частоты срыва, на которых двигатель перестает, вращаться стабильно. Граничные частоты являются рекомендованными для создания устройств на базе данных ШД и драйвера.
Управление ШД осуществляется через входы драйвера «ENABLE», «MS1», «MS2», «MS3», «STEP» и «DIR».
– ENABLE — отвечает за включение драйвера;
– «MS1», «MS2», «MS3» — отвечают за переключения микрошаговых режимов.
– DIR — отвечает за направление вращения ШД;
– STEP — отвечает за прием импульсов вращения.
Тип шагового двигателя является самым важным фактором при выборе драйвера шагового двигателя. В нашем исследовании будем использовать биполярный шаговый двигатель MT-1703HD200AW.
Стоит обратить внимание на силу тока, которую может обеспечить драйвер. Нужно выбирать драйвер, который будет обеспечивать ток, не меньше тока фазы выбранного шагового двигателя. [2]
Напряжение питания влияет на динамику, вибрации, нагрев двигателя и драйвера.
Наличие микрошаговых режимов обеспечивает плавность работы ШД на малых оборотах и высокую разрешающую способность угла позиционирования. Использование режима микрошага уменьшает резонансный эффект ШД. При возникновении, которого ШД начинает вибрировать и терять крутящий момент, вплоть до полной остановки вала.
Для данной работы были выбраны два драйвера DRV8825 и А4988. Драйвер А4988 создан компанией Allegro, а драйвер DRV8825 создан компанией TI (Texas Instruments Inc.). Расположение выводов и интерфейс этих модулей практически совпадают. Что позволяет производить замену драйверов в устройствах без изменения разводки платы, но с возможным редактированием программного кода управления.
Рис. 1. Драйвер шагового двигателя А4988 и DRV8825
Основные отличия между драйверами DRV8825 и A4988:
У драйвера DRV8825 есть выход FAULT, а у драйвера А4988 он отсутствует. FAULT — выход сигнализации срабатывания защиты. На данном выходе сигнал логического «0» обозначает что, полевые транзисторы Н-моста были отключены в результате защиты от перегрузки по току или из-за перегрева.
Вывод SLEEP на DRV8825 не подтянут к питанию по умолчанию, как на A4988, но он соединён на плате с выводом FAULT через 10k резистор.
Различное расположение потенциометра, регулирующего предельный ток. Разное отношение предельного тока к опорному напряжению.
Драйвер на DRV8825 поддерживает 1/32-шаг в микрошаговом режиме. У A4988 максимум 1/16-шага. Вход 1/16-шагового режима на А4988 соответствует 1/32-шаговому на DRV8825. Остальные режимы переключения драйверов совпадаю.
DRV8825 поддерживает более высокое напряжение питания 8,2..45В, а A4988 8…35В. Это означает, что драйвер DRV8825 безопаснее при работе с высоким напряжением и менее восприимчив к индуктивно-ёмкостным скачкам напряжения.
Драйвер DRV8825 обеспечивает ток до 1,5А на фазу без радиатора, а А4988 1А.
Драйвер А4988 дешевле драйвера DRV8825.
В таблице — 1 и 2, при напряжении питания драйвера 4,5В, разгоняем ШД плавно от стабильного запуска и до частоты срыва, для различных микрошагов. Определили предельное значение частоты, при которой ШД стабильно запускается.
Таблица 1
Частоты запуска исрыва ШД сдрайвером А4988
|
Назначение микрошага |
Оптимальная частота плавного перехода при 4.5 В |
Предельное значение запуска ШД |
|
|
запуск |
предел |
||
|
Полный шаг |
850 Гц / 255 об/мин |
9000 Гц / 2700 об/мин |
1000 Гц |
|
Половина шага |
1500 Гц / 450 об/мин |
2560 Гц / 768 об/мин |
2500 Гц |
|
Четверть шага |
3050 Гц / 915 об/мин |
31500 Гц / 9450 об/мин |
4500 Гц |
|
Одна восьмая шага |
6200 Гц / 1 860 об/мин |
91100 Гц / 27330 об/мин |
7900 Гц |
|
Одна шестнадцатая шага |
12500 Гц / 3750 об/мин |
192300 Гц / 57690 об/мин |
15300 Гц |
Таблица 2
Частоты запуска исрыва ШД сдрайвером DRV8825
|
Назначение микрошага |
Оптимальная частота плавного перехода при 4.5 В |
Предельное значение запуска ШД |
|
|
запуск |
предел |
||
|
Полный шаг |
700 Гц / 210 об/мин |
1780 Гц / 534 об/мин |
1300 Гц |
|
Половина шага |
1200 Гц / 180 об/мин |
10400 Гц / 1560 об/мин |
2800 Гц |
|
Четверть шага |
2600 Гц / 195 об/мин |
67000 Гц / 5025 об/мин |
5700 Гц |
|
Одна восьмая шага |
5100 Гц / 191,25 об/мин |
93000 Гц / 3100 об/мин |
13400 Гц |
|
Одна шестнадцатая шага |
10500 Гц / 196,875 об/мин |
389000 Гц / 7293,75 об/мин |
26700 Гц |
|
Одна тридцать вторая шага |
19000 Гц / 178,125 об/мин |
463000 Гц / 4340,625 об/мин |
55000 Гц |
Из таблицы 1 и 2 видно, что драйвер А4988 начинает работать стабильно при меньших значениях частот, чем драйвер DRV8825, но частота срыва у драйвера DRV8825 значительно больше при шаге 1/8 и 1/16, что делает драйвер DRV8825 более привлекательным при работе ШД MT-1703HD200AW на малых оборотах.
Литература:
- Пушкарев, О. «Первый шаг» шагового двигателя / О. Пушкарев //Современная электроника. — 2004. — № 1. — С. 46–47.
- Вычужанин, В. Управление шаговым электродвигателем с помощью ПЛИС / В. Вычужанин // Компоненты и технологии. — 2004. –№ 3. — С. 96–98.
