Stegmotor-kort för UNO

[Spisblinkaren]

Hej!

Detta är inget nytt projekt, bara en utveckling av ett gammalt misslyckat projekt.

Jag känner nämligen att jag vill ha en motorstyrning med i min portfolio, speciellt gäller det en stegmotorstyrning.

Jag har således nu reviderat mitt gamla projekt och skissat fram ett blockschema på hur jag tror man kan lösa det.

I vanlig ordning är det tänkt att jag bygger detta på ett Mega-board som passar på en UNO.

Jag tänker nyttja seriella D/A för första gången i mitt liv (vet knappt om dom finns) som jag dessutom hoppas har inbyggd latch-funktion dvs man skiftar in bit-värdena och när hela ordet är klart så latchar man vilket får till följd att det analoga utvärdet ändras kontrollerat, samtidigt tar detta skift lite tid och jag undrar hur mycket "glapp" det blir samtidigt som hög bithasighet kan användas dvs det borde inte vara nåt problem.

För drivning av en bipolär stegmotor krävs både power och +/- matning, jag såg nånstans att den enda måttligt stora stegmotor jag faktiskt äger (bipolär) drar runt 2A så en H-brygga i form av Effekt-OP bör klara minst den strömmen (tänker att jag siktar på Effekt-OP på 3A).

Eftersom jag har en önskan om ett kontinuerligt driftfall av min bipolära stegmotor så kräv sin/cos och att förstärkeriet är analogt dvs en Effekt-OP.

Unipolär stegmotor är en baggis att styra, behövs bara en "roterande etta" men även där ställer strömbehovet till det, hade varit smidigt med en ULN2803 men jag misstänker att den inte klarar mer än 100-200mA så jag måste bygga nåt starkare, samtidigt hur komplex är egentligen en ULN?, det är ju liksom egentligen bara en inverterande trissa, så om jag sätter nåt som tål 3-4A samtidigt som UNO's I/O faktiskt kan leverera hela 40mA så räcker en hfe på 100...blir faktiskt lite tajt får nog köra Darlington (en pytteliten TO92 och en TO126, kanske?).

MVH/Roger

[Electricguy]

"Detta är inget nytt projekt"
Varför ligger då detta i *Projekt* delen av forumet?

[Spisblinkaren]

Det är ju en vidareutveckling av ett gammalt projekt (<1 år).

Dvs i princip ett nytt projekt men håller sig inom ramarna för vad jag lovat, dvs inga nya projekt från min sida.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Jag har nu hittat den här seriella D/A'n från Maxim: http://www.mouser.com/ds/2/256/MAX522-104371.pdf

Mycket intressant, dock tycker jag att det är märkligt att DAC_A kan leverera 5mA medans DAC_B bara kan leverera 0,5mA, varför bygga in en sån begränsning?, mycket skumt!

I vilket fall är den stereo dvs jag behöver bara en D/A för att kunna styra båda bipolära utgångarna, käckt

Dock måste man skicka ett ord på 16 bitar för varje nytt 8 bitars värde (8 bitars kontroll-ord krävs), dessutom måste man, om värdet för A skiljer sig från värdet för B skicka 16 bitar två gånger innan man har rätt analoga värden ut, samtidigt som klockan tydligen kan gå på 5MHz så detta blir inga problem.

Fast kanske två i parallell blir bättre, då kan man ju klocka dom samtidigt och bara skicka 16 bitar för varje värde, eftersom det är små DIL8 så har jag ju liksom plats för det samtidigt som allt går dubbelt så fort, kostar inte så mycket heller.

Jag tror jag gör så, nästa moment: finna en Effekt-OP.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Nu har jag hittat nåt helt galet, en OP på 2500 V/us och 140 i GBW

Dessutom kan den leverera 100mA som dock är för lite för mig.

Ville bara nämna det, klass AB-steg är lite småinvecklade och att bara buffra en OP blir inte bra, den får antingen kunna leverera 3A eller också måste ett seriöst Klass AB-steg konstrueras där då antalet komponenter genast skenar iväg.

MVH/Roger
PS
Här är databladet: https://www.elfa.se/Web/Downloads/11/_e ... tion%2Fpdf

[Spisblinkaren]

Här är en seriös variant på användbar Effekt-OP: https://www.elfa.se/Web/Downloads/69/_e ... tion%2Fpdf

Den har minimum utgångsström på 1,1A men en typisk utgångsström på 2A, den är lite klen men kan duga.

Jag hittade den hos elfa genom ett nyfunnet trick, välja kapsel dvs jag valde TO220-7 och fick detta förslaget.

Jag tror dock inte att denna OP är max vad en Effekt-OP klarar så jag ska leta vidare till jag hittar nåt 3A+, först då är jag nöjd.

Intressant detta sökande, hur hittar man egentligen den bästa komponenten?

Inte helt lätt.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Jag har kommit på en genväg till klumpiga diskreta Darlington-lösningar av drivkraften för unipolär drivning.

En ULN2803 har 8 Darlington i sig, enligt http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uln2803a.pdf klarar dom dock bara max 500mA stycket.

En unipolär stegmotor har 5 nödvändiga tampar där fyra är lindningar och en gemensam sak som dras till VCC (typiskt).

Jag behöver alltså bara dra ström genom fyra lindningar (konsekutivt).

Eftersom man, enligt datablad, kan parallella utgångarna på en ULN2803 och har tillgång till 8st per kapsel kan man i fallet 4 tåtar som behöver hög ström parallella hela fyra Darlington-utgångar med användande av enbart två ULN2803-kapslar.

Detta är mycket smidigare än att diskret konstruera Darlingtons, dessutom är ingångsnivåerna skräddarsydda för TTL/CMOS.

MVH/Roger

[H.O]

Det måste finnas väldigt specialla anledningar till att vilja driva en stegmotor med ett linjärt utgångsteg (effekt-OP). Jag har sett rätt många stegmotordrivare men inte en enda där utgångsteget är linjärt. Och om DAC'en dessutom "bara" är 8bitar så förstår jag ännu mindre.

Kom ihåg att det är strömmen genom lindningen du ska styra/kontrollera - inte spänningen over lidningen. Visst, om du matar drivsteget med motorns märkpänning så kan du "svepa" utspänningen från 0-100% och få 0-100% ström men på det viset kommer du inte få någon vidare prestanda från din motor.

[SeniorLemuren]

Läs mer här om chopperstyrning lite längre ner på sidan.

[Spisblinkaren]

Tack, men den här tycker jag är bättre, mer kortfattad och praktiskt användbar.

http://www.robotsteel.com/?ubw32_stegmotor

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Det måste finnas väldigt specialla anledningar till att vilja driva en stegmotor med ett linjärt utgångsteg (effekt-OP). Jag har sett rätt många stegmotordrivare men inte en enda där utgångsteget är linjärt. Och om DAC'en dessutom "bara" är 8bitar så förstår jag ännu mindre.

Min anledning till linjär drivning är att jag vill kunna köra sin/cos och därmed använda (bipolär) stegmotor som motor också, den är ju trots allt ganska stark och äger man en stegmotor så varför inte kunna köra den som "DC-motor" med extrem varvtalskontroll (frekvensen, bara) också?

8 bitar har jag valt för att jag dels tycker att faktiskt inget, inte inklusive ljud, kräver mer än 8 bitar, dels blir syntaxen attraktiv (dvs bara två hexadecimala tecken per tillstånd).

Kom ihåg att det är strömmen genom lindningen du ska styra/kontrollera - inte spänningen over lidningen. Visst, om du matar drivsteget med motorns märkpänning så kan du "svepa" utspänningen från 0-100% och få 0-100% ström men på det viset kommer du inte få någon vidare prestanda från din motor.

Intressant men preliminärt tänker jag inte så.

MVH/Roger

[H.O]

De senaste 25 åren eller så har varenda stegmotor värd namnet varit bipolär (utom möjligen de pytte-pytte små i CD-spelare etc) och varenda drivsteg värt namnet kör med högre upplösning än halvsteg, dvs "sin/cos" - utan att för den delen ha utgångsteg som är linjära. Det finns mängder med driv/styrkretsar för ändamålet. Vill du ha en tyst motor sök t.ex på Trinamic stealthChop

> Intressant men preliminärt tänker jag inte så.
OK Kör i vind!

[Spisblinkaren]

Jag har nu planerat min linjära H-brygga lite bättre, den kan maximalt ge +/-10V ut vid +/-15 matning.

Den seriella D/A'n klarar i princip max 5V så jag har kopplat den till UNO's 5V (Vdd), samtidigt har jag kopplat dess referens till 5V så att interna R2R-stegen är relaterad till 5V.

Effekt-OP är nu biaserade till Vdd/2 (2,5V) så 5V ut från D/A innebär netto 2,5V in på OP, dessa 2,5V förstärks sen 6ggr så att maximal (teoretisk) utspänning blir 15V.

Dock tappar OP maximalt 5V till endera rail så mer än +/-10V kan man inte räkna med ut.

Men det lilla jag kan om stegmotorer så går dom oftast på mycket lägre spänning än så.

Funderar nu lite på hur jag ska kunna skydda utgångarna på OP mot den induktiva lasten, eventuellt kanske man kan koppla dioder på utgångarna till endera rail, jag vet inte för jag kan inte sånt här.

Vad jag däremot kan är vad Ni på EF lärt mig vilket är att om man bara stänger av strömmen till en induktans så vill strömmen fortsätta flyta, varför man använder så kallade fly-back dioder.

Nu ska jag planera denna krets vidare till ett sådant stadium att jag kan Eagle-cadda den.

Om nu nån av Er inte säger att jag är helt ute och cyklar

MVH/Roger

[SeniorLemuren]

Tack, men den här tycker jag är bättre, mer kortfattad och praktiskt användbar.

http://www.robotsteel.com/?ubw32_stegmotor

MVH/Roger

Ja beskrivningen kanske är mer praktisk men stegmotorn blir inte mer praktiskt användbar. Det blir den däremot om man chopperstyr den.

En chopper drivning (annat ord är switchad drivning) med konstant ström används nästan alltid för fasströmmar över 0,2-0,4 A.

Funktionen hos chopperstyrningen är följande:

När S1 och S4 aktiveras kommer en ström att flyta genom lindningen. Från ohms lag ser vi att strömmen Is=24/20=1.2A. Detta är 3 gånger så mycket som motorn tål. I serie med switcharna ligger ett avkänningsmotstånd R som mäter strömmen genom faserna.

Strömmen stiger vid inkoppling mot ett slutvärde på 1,2 A. Eftersom vi har ställt in en omslagsnivå anpassat för motorn, bryts strömmen vid 0.35A. En induktans vill som tidigare sagts, behålla sitt strömtillstånd, så motorströmmen "lagras" i lindningen. Om endast S1 stängs av kan strömmen flytta genom S4 och dioden D1. Strömmen sjunker och när den nått ca 0.3A , kopplas åter S1 in och strömmen börja stiga.

Transistorerna kopplas in och ur med en hög icke hörbar taktfrekvens ofta ca 20 kHz. Denna frekvens kallas switch- eller chopperfrekvens. Observera att denna frekvens inte har att göra med själva stegfrekvensen. Om motorn har stannat i ett visst läge kommer den aktuella faskombinationen att utsättas för 20.000 in och urkopplingar per sekund. Men motorn står likväl still.

I lindningen bildas en sågtandsformad ström enl. fig. 22. Över lindningen ligger antingen 24V eller 0V.

scpper.jpg

Ovanstående figur visar att rippelströmmen kan variera i motorns lindning. Den mellersta mätningen Uch´och fch, visar på högt strömrippel, vilket ger upphov till stor temperaturökning i stegmotorn. Den sista mätningen använder högre chopperfrekvens och är skonsammast för motorn. Om motor har liten induktans ska helst 40kHz eller högre frekvens användas. Kvalitén på ett drivsteg kan variera mycket och framförallt med avseende på lågt strömrippel.

Vad har vi vunnit?

Genom att arbeta med hög spänning kan vi trots induktansens inverkan snabbare "trycka" in ström i lindningarna.
En snabb kontroll i ekv. 3:1 ger ett intressant resultat. Vi måste sätta strömmen till I = 1,2A för att få rätt lutning på strömkurvan. Med dessa värden blir

Is = 0,58 A

Eftersom strömmen automatiskt stabiliseras vid 0.35A får vi vid 1 000Hz fortfarande 100% av nominell ström genom lindningen. Vid 2000 steg per sekund når man fortfarande 0.35A och först därefter börjar momentet att sjunka.

[H.O]

> Men det lilla jag kan om stegmotorer så går dom oftast på mycket lägre spänning än så.

Det står en lägre spanning på dom men än en gång, det är inte så man driver dom. Det man vill styra är STRÖMMEN.

Det GÅR (såklart) att köra dom med 3V (eller vad det nu står på dom) utan strömbegränsning, vilket såklart är vad du tänker göra, men prestandan blir värdelös. Induktansen I motorns lindningar kämpar mot all förändring av strömmen och det är ju just FÖRÄNDRINGEN av strömmen i lindningarna som får motorn att snurra. Men, just det, så tänker du inte

4xLT1210 @ 125:- och kass prestanda eller en (t.ex) en för ändamålet anpassad DRV8824PWP för 40:-