Κύκλωμα οδηγού κινητήρα Stepper

Το κύκλωμα οδηγού κινητήρα stepper είναι ένα κύκλωμα Decade Binary Counter. Το πλεονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση βηματικών κινητήρων με 2-10 βήματα. Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, ας συζητήσουμε περισσότερα σχετικά με τα βασικά του stepper motor

Το όνομα αυτού του κινητήρα δίνεται έτσι επειδή η περιστροφή του άξονα είναι σε βαθμίδα που είναι διαφορετική από DC ή οποιονδήποτε άλλο κινητήρα. Σε άλλους κινητήρες η ταχύτητα περιστροφής, η γωνία διακοπής δεν είναι σε πλήρη έλεγχο, εκτός εάν εισαχθεί απαραίτητο κύκλωμα. Αυτό το μη έλεγχο υπάρχει λόγω στιγμής αδράνειας, που είναι απλώς ένας χαρακτήρας για να ξεκινήσετε και να σταματήσετε την εντολή χωρίς καθυστέρηση. Σκεφτείτε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος, μόλις ενεργοποιηθεί, η ταχύτητα του κινητήρα αυξάνεται αργά μέχρι να πιάσει την ονομαστική ταχύτητα. Τώρα, εάν τοποθετηθεί φορτίο στον κινητήρα, η ταχύτητα μειώνεται σε σχέση με την ονομαστική τιμή και εάν το φορτίο αυξηθεί περαιτέρω, η ταχύτητα μειώνεται περαιτέρω. Τώρα, εάν η τροφοδοσία είναι απενεργοποιημένη, ο κινητήρας δεν σταματά αμέσως καθώς θα έχει στιγμή αδράνειας, σταματά αργά. Τώρα σκεφτείτε ότι αυτό συμβαίνει σε έναν εκτυπωτή, η εκροή χαρτιού δεν σταματά εγκαίρως,χάνουμε χαρτί κάθε φορά που ξεκινάμε και σταματάμε. Πρέπει να περιμένουμε να πάρει ο κινητήρας την ταχύτητα και την ώρα που χάνεται το χαρτί. Αυτό είναι απαράδεκτο για τα περισσότερα από τα συστήματα ελέγχου, οπότε για την επίλυση αυτού του είδους των προβλημάτων χρησιμοποιούμε stepper motors.

Ο κινητήρας stepper δεν λειτουργεί σε συνεχή τροφοδοσία. Μπορεί να λειτουργήσει μόνο σε ελεγχόμενους και παραγγελμένους παλμούς ισχύος. Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, πρέπει να μιλήσουμε για τα βηματικά μοτέρ UNIPOLAR και BIPOLAR. Όπως φαίνεται στο σχήμα ενός μονοκινητήρα UNIPOLAR μπορούμε να πάρουμε το κεντρικό άγγιγμα και των δύο περιελίξεων φάσης για ένα κοινό έδαφος ή για μια κοινή ισχύ. Στην πρώτη περίπτωση μπορούμε να πάρουμε ασπρόμαυρο για ένα κοινό έδαφος ή δύναμη. Στην περίπτωση 2 το μαύρο είναι ένα κοινό. Στην περίπτωση 3 πορτοκαλί μαύρο κόκκινο κίτρινο όλα μαζί για ένα κοινό έδαφος ή δύναμη.

Στον βηματικό κινητήρα BIPOLAR έχουμε άκρα φάσης και κεντρικές βρύσες και έτσι θα έχουμε μόνο τέσσερα τερματικά. Η οδήγηση αυτού του τύπου βηματικού κινητήρα είναι διαφορετική και περίπλοκη και επίσης το κύκλωμα οδήγησης δεν μπορεί εύκολα να σχεδιαστεί χωρίς μικροελεγκτή.

Το κύκλωμα που σχεδιάσαμε εδώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για βηματικούς κινητήρες τύπου UNIPOLAR.

Ο παλμός ισχύος του βηματικού κινητήρα UNIPOLAR θα συζητηθεί στην εξήγηση κυκλώματος.

Εξαρτήματα κυκλώματος

• +9 έως +12 τάση τροφοδοσίας
• 555 IC
• 1KΩ, 2K2Ω αντιστάσεις
• 220KΩ δοχείο ή μεταβλητή αντίσταση
• Πυκνωτής 1μF, πυκνωτής 100μF (όχι υποχρεωτικός, συνδεδεμένος παράλληλα με την ισχύ)
• 2N3904 ή 2N2222 (ο αριθμός τεμαχίων εξαρτάται από τον τύπο του stepper εάν είναι 2 στάδιο χρειαζόμαστε 2 εάν είναι τέσσερα στάδια χρειαζόμαστε τέσσερα)
• 1N4007 (ο αριθμός των διόδων είναι ίσος με τον αριθμό των τρανζίστορ)
• CD4017 IC,.

Διάγραμμα και επεξήγηση κυκλώματος Stepper Motor Driver

Η εικόνα δείχνει το διάγραμμα κυκλώματος του οδηγού κινητήρα δύο σταδίων. Τώρα, όπως φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος, το κύκλωμα 555 εδώ είναι να παράγει ρολόι ή τετράγωνο κύμα. Η συχνότητα παραγωγής ρολογιού σε αυτήν την περίπτωση δεν μπορεί να διατηρηθεί σταθερή, επομένως πρέπει να έχουμε μεταβλητή ταχύτητα για τον κινητήρα stepper. Για να πάρετε αυτό μεταβλητής ταχύτητας ένα δοχείο ή ένα προκαθορισμένο βηματοδοτείται σε σειρά με 1K αντίσταση στον κλάδο μεταξύ 6 ^ου και 7 ^ου πείρου. Καθώς το δοχείο μεταβάλλεται, η αντίσταση στον κλάδο αλλάζει και έτσι η συχνότητα του ρολογιού δημιουργείται από 555.

Στο σχήμα το σημαντικό είναι μόνο η τρίτη φόρμουλα. Μπορείτε να δείτε ότι η συχνότητα σχετίζεται αντιστρόφως με το R2 (το οποίο είναι 1K + 220k POT στο κύκλωμα). Έτσι, εάν το R2 αυξάνει, η συχνότητα μειώνεται. Και έτσι εάν το δοχείο ρυθμιστεί για να αυξήσει την αντίσταση στον κλάδο, η συχνότητα του ρολογιού μειώνεται.

Το ρολόι που δημιουργείται από το χρονόμετρο 555 τροφοδοτείται στον μετρητή DECADE BINARY. Τώρα, ο δυαδικός μετρητής δεκαετίας μετράει τον αριθμό των παλμών που τροφοδοτούνται στο ρολόι και αφήνει την αντίστοιχη έξοδο ακίδων να αυξηθεί. Για παράδειγμα, εάν ο αριθμός συμβάντων είναι 2, τότε ο πείρος Q1 του μετρητή θα είναι υψηλός και εάν ο αριθμός 6 μετρηθεί ο πείρος Q5 θα είναι υψηλός Αυτό είναι παρόμοιο με τον δυαδικό μετρητή, ωστόσο η μέτρηση θα είναι δεκαδική (δηλ., 1 2 3 4 __ 9), οπότε αν η μέτρηση είναι επτά, μόνο η ακίδα Q6 θα είναι υψηλή. Στο δυαδικό μετρητή Q0, Q1 και Q2 (1 + 2 + 4) οι ακίδες θα είναι υψηλές. Αυτές οι έξοδοι τροφοδοτούνται σε τρανζίστορ για να οδηγήσουν τον κινητήρα stepper με ομαλό τρόπο.

Στο σχήμα βλέπουμε ένα κύκλωμα οδηγού κινητήρα τεσσάρων σταδίων πολύ παρόμοιο με αυτό του δύο σταδίου. Σε αυτό το κύκλωμα, μπορεί να παρατηρηθεί ότι το RESET που είναι συνδεδεμένο με το Q2 πριν μετακινηθεί τώρα στο Q4 και οι ανοιγμένοι ακροδέκτες Q2 και Q3 συνδέονται με άλλα δύο τρανζίστορ για να πάρουν ένα σετ οδήγησης τεσσάρων παλμών για τη λειτουργία του κινητήρα stepper τεσσάρων σταδίων. Είναι λοιπόν σαφές ότι μπορούμε να οδηγήσουμε έως και δέκα βαθμίδες κινητήρα. Ωστόσο, πρέπει να μετακινήσετε τον ακροδέκτη RESET προς τα πάνω, ώστε να ταιριάζει στην οδήγηση τρανζίστορ στη θέση του.

Οι δίοδοι που τοποθετούνται εδώ είναι για την προστασία των τρανζίστορ από επαγωγική απόκλιση της περιελίξεως του κινητήρα. Εάν δεν τοποθετηθούν, μπορεί να υπάρχει κίνδυνος φυσήματος των τρανζίστορ. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα των παλμών, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα έκρηξης χωρίς διόδους.

Εργασία του Stepper Motor Driver

Για καλύτερη κατανόηση της βηματικής περιστροφής του κινητήρα stepper, εξετάζουμε ένα stepper κινητήρα τεσσάρων σταδίων, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Τώρα σκεφτείτε, για παράδειγμα, όλα τα πηνία μαγνητίζονται κάθε φορά. Ο ρότορας βιώνει δυνάμεις ίσου μεγέθους από όλο τον και έτσι δεν κινείται. Επειδή όλα είναι ίσου μεγέθους και εκφράζουν αντίθετη κατεύθυνση. Τώρα, εάν το πηνίο D μαγνητιστεί μόνο, τα δόντια 1 στον ρότορα βιώνουν μια ελκυστική δύναμη προς το + D και τα δόντια 5 του ρότορα βιώνουν μια απωθητική δύναμη που αντιτίθεται στο –D, αυτές οι δύο δυνάμεις αντιπροσωπεύουν ένα ρολόι πρόσθετης δύναμης. Έτσι ο ρότορας κινείται για να ολοκληρώσει ένα βήμα. Μετά από αυτό σταματά για να ενεργοποιηθεί το επόμενο πηνίο για να ολοκληρωθεί το επόμενο βήμα. Αυτό συνεχίζεται έως ότου ολοκληρωθούν τα τέσσερα βήματα. Για να περιστραφεί ο ρότορας αυτός ο κύκλος παλμού πρέπει να συνεχίζεται.

Όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, η προεπιλογή ορίζεται σε μια τιμή για μια συγκεκριμένη συχνότητα παλμών. Αυτό το ρολόι τροφοδοτείται στον μετρητή της δεκαετίας για να λαμβάνει τακτικές εξόδους από αυτό. Οι έξοδοι από τον μετρητή δεκαετίας δίδονται σε τρανζίστορ για την κίνηση των πηνίων υψηλής ισχύος του stepper κινητήρα σε διαδοχική σειρά. Το δύσκολο μέρος είναι, μόλις ολοκληρωθεί μια ακολουθία, πείτε 1, 2, 3, 4 ο κινητήρας stepper ολοκληρώνει τέσσερα βήματα και έτσι είναι έτοιμος να ξεκινήσει ξανά, ωστόσο ο μετρητής έχει χωρητικότητα για 10 και έτσι συνεχίζεται χωρίς διακοπή. Εάν συμβεί αυτό, ο βηματικός κινητήρας πρέπει να περιμένει έως ότου ο μετρητής ολοκληρώσει τον κύκλο του 10 που δεν είναι αποδεκτός. Αυτό ρυθμίζεται συνδέοντας το RESET στο Q4, οπότε όταν ο μετρητής πηγαίνει για πέντε μετρήσεις, επαναφέρεται και ξεκινά από το ένα, αυτό ξεκινά την ακολουθία του stepper.

Έτσι λοιπόν το stepper συνεχίζει να βαδίζει και έτσι συμβαίνει η περιστροφή. Για δύο στάδια, ο πείρος RESET πρέπει να είναι συνδεδεμένος στο Q2 για να επαναρυθμιστεί ο μετρητής στον τρίτο παλμό. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί κανείς να ρυθμίσει το κύκλωμα ώστε να οδηγεί τον κινητήρα δέκα βημάτων.