A4988 Sterownik Silnika Krokowego

a4983/A4988 Sterownik Silnika krokowego o wymiarach.

przegląd

Ten produkt jest płytą nośną lub płytą breakout dla Sterownika Microstepping A4988 DMOS firmy Allegro z tłumaczem i zabezpieczeniem nadprądowym; dlatego zalecamy uważne przeczytanie arkusza danych A4988 (1MB pdf) przed użyciem tego produktu. Ten sterownik silnika krokowego umożliwia sterowanie jednym bipolarnym silnikiem krokowym z prądem wyjściowym do 2 A na cewkę (więcej informacji można znaleźć w sekcji rozważania dotyczące rozpraszania mocy poniżej). Oto niektóre z kluczowych funkcji kierowcy:

• prosty interfejs sterowania krokami i kierunkami
• pięć różnych rozdzielczości krokowych:
• regulowane sterowanie prądem pozwala ustawić maksymalny prąd wyjściowy za pomocą potencjometru, który pozwala używać napięć powyżej napięcia znamionowego silnika krokowego, aby uzyskać wyższe prędkości krokowe
• Inteligentna kontrola cięcia, która automatycznie wybiera prawidłowy tryb zaniku prądu (szybki zanik lub powolny zanik)
• wyłączanie termiczne nadmiernej temperatury, blokada pod napięciem i Ochrona przed przeciążeniem
• i zabezpieczenie przed zwarciem

ten produkt jest dostarczany z całym montażem powierzchniowym komponenty—w tym Sterownik A4988 IC-zainstalowane tak, jak pokazano na zdjęciu produktu.

Ten produkt jest dostarczany indywidualnie pakowany z 0,1-calowymi męskimi kołkami czołowymi, ale nie jest lutowany; posiadamy również wersję z już przylutowanymi męskimi kołkami czołowymi. Dla klientów zainteresowanych większymi ilościami przy niższych kosztach jednostkowych oferujemy wersję zbiorczą bez kołków czołowych i wersję zbiorczą z zainstalowanymi kołkami czołowymi.

zauważ, że posiadamy kilka sterowników silnika krokowego, które mogą być używane jako alternatywy dla tego modułu (i zamienniki typu drop-in w wielu aplikacjach):

• nośnik Sterownika Silnika Krokowego Black Edition A4988 jest dostępny z około 20% lepszą wydajnością; z wyjątkiem właściwości termicznych, Black Edition i ta (zielona) Płyta są wymienne.
• nośnik MP6500 może dostarczać do 1,5 a na fazę (ciągłą) bez radiatora i jest dostępny w dwóch wersjach, jednej z garnkiem do sterowania limitem prądu i jednej z cyfrową kontrolą limitu prądu do dynamicznej regulacji limitu prądu za pomocą mikrokontrolera.
• DRV8825 carrier oferuje około 50% lepszą wydajność w szerszym zakresie napięć i ma kilka dodatkowych funkcji.
• drv8834 carrier współpracuje z napięciami zasilania silnika już od 2,5 V, dzięki czemu nadaje się do zastosowań niskonapięciowych.
• drv8880 carrier oferuje dynamicznie skalowalne ograniczenie prądu i „AutoTune”, które automatycznie wybiera tryb zaniku każdego cyklu PWM w celu optymalnej regulacji prądu w oparciu o takie czynniki, jak opór uzwojenia silnika i indukcyjność oraz dynamiczna prędkość i obciążenie silnika.

sprzedajemy również większą wersję nośnika A4988, który ma zabezpieczenie przed odwrotnym zasilaniem na głównym wejściu zasilania i wbudowane regulatory napięcia 5 V i 3,3 V, które eliminują potrzebę oddzielnego zasilania logicznego i silnikowego.

niektóre jednobiegunowe silniki krokowe (np. te z sześcioma lub ośmioma przewodami) mogą być sterowane przez ten sterownik jako bipolarne silniki krokowe. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Często zadawane pytania. Silniki jednobiegunowe z pięcioma przewodami nie mogą być używane z tym sterownikiem.

dołączony sprzęt

nośnik Sterownika Silnika Krokowego A4988 jest wyposażony w jeden 1×16-pinowy wyłącznik 0,1″ męski. Nagłówki można przylutować do użycia z bezlutownymi płytami chlebowymi lub złączami żeńskimi 0,1″. Można również lutować przewody silnika i inne połączenia bezpośrednio do płyty. (Dostępna jest również wersja tej płyty z już zainstalowanymi nagłówkami.)

korzystanie ze sterownika

minimalny schemat podłączenia mikrokontrolera do nośnika sterownika silnika krokowego A4988 (tryb pełnoetapowy).

połączenia zasilania

sterownik wymaga logicznego napięcia zasilania (3 – 5.5 V) do podłączenia przez styki VDD i GND oraz Napięcie zasilania silnika (8 – 35 V) do podłączenia przez VMOT i GND. Zasilacze te powinny mieć odpowiednie Kondensatory odsprzęgające blisko płytki i powinny być zdolne do dostarczania oczekiwanych prądów (szczyty do 4 A dla zasilania silnika).

Ostrzeżenie: Ta płyta nośna wykorzystuje kondensatory ceramiczne o niskiej ESR, co sprawia, że jest podatna na destrukcyjne skoki napięcia LC, szczególnie przy użyciu przewodów zasilających dłuższych niż kilka cali. W odpowiednich warunkach skoki te mogą przekroczyć maksymalne napięcie znamionowe 35 V dla A4988 i trwale uszkodzić płytkę, nawet gdy napięcie zasilania silnika jest tak niskie, jak 12 V. jednym ze sposobów ochrony kierowcy przed takimi skokami jest Umieszczenie Dużego (co najmniej 47 µF) kondensatora elektrolitycznego w poprzek mocy silnika (VMOT) i uziemienia gdzieś blisko płyty.

połączenia silnikowe

cztery, sześć i osiem-przewodowe silniki krokowe mogą być napędzane przez A4988, jeśli są prawidłowo podłączone; odpowiedź na Często zadawane pytania szczegółowo wyjaśnia prawidłowe przewody.

Ostrzeżenie: Podłączenie lub odłączenie silnika krokowego, gdy Sterownik jest zasilany, może zniszczyć sterownik. (Ogólnie rzecz biorąc, ponowne podłączenie czegokolwiek, gdy jest zasilane, prosi o kłopoty.

Rozmiar krokowy (i microstep)

silniki krokowe zwykle mają specyfikację rozmiaru kroku (np. 1,8° lub 200 kroków na obrót), która dotyczy pełnych kroków. Sterownik microstepping, taki jak A4988, pozwala na wyższe rozdzielczości, umożliwiając pośrednie lokalizacje stopni, które są osiągane przez zasilanie cewek pośrednim poziomem prądu. Na przykład, jazda silnikiem w trybie ćwierćstopniowym da 200-stopniowemu obrotowi silnika 800 mikrostopów na obrót przy użyciu czterech różnych poziomów prądu.

wejścia selektora rozdzielczości (rozmiar kroku) (MS1, MS2 i MS3) umożliwiają wybór z pięciu rozdzielczości krokowych zgodnie z poniższą tabelą. MS1 i MS3 mają wewnętrzne Rezystory pull-down 100kΩ, a MS2 ma wewnętrzny rezystor pull-down 50kω, więc pozostawienie tych trzech mikroprocesorowych pinów wyboru w trybie pełnoetapowym. Aby tryby microstep działały poprawnie, aktualny limit musi być ustawiony na tyle nisko (patrz poniżej), aby ograniczenie prądu zostało włączone. W przeciwnym razie pośrednie poziomy prądu nie będą prawidłowo utrzymywane, a silnik pominie mikrostepy.

MS1	MS2	MS3	rozdzielczość Microstep
niski	niski	niski	pełny krok
wysoki	niski	niski	half step
niski	wysoki	niski	niski
wysoki	wysoki	niski	eighth step
High	High	high	sixteenth step

wejścia sterujące

każdy impuls do wejścia krokowego odpowiada jednemu mikrostep silnik krokowy w kierunku wybranym przez kołek DIR. Należy pamiętać, że piny STEP i DIR nie są wewnętrznie naciągane do żadnego konkretnego napięcia, więc nie należy pozostawiać żadnego z tych pinów unoszących się w aplikacji. Jeśli chcesz tylko obracać w jednym kierunku, możesz powiązać DIR bezpośrednio z VCC lub GND. Układ ma trzy różne wejścia do sterowania wieloma stanami zasilania: RST, SLP i EN. Szczegółowe informacje na temat tych stanów mocy można znaleźć w arkuszu danych. Należy pamiętać, że PIN RST jest pływający; jeśli nie używasz pinu, możesz podłączyć go do sąsiedniego pinu SLP na PŁYTCE DRUKOWANEJ, aby podnieść go wysoko i włączyć płytę.

ograniczenie prądu

jednym ze sposobów maksymalizacji wydajności silnika krokowego jest użycie tak wysokiego napięcia, jak jest to praktyczne dla Twojej aplikacji. W szczególności zwiększenie napięcia ogólnie pozwala na wyższe prędkości kroku i moment krokowy, ponieważ prąd może zmieniać się szybciej w cewkach po każdym kroku. Jednak w celu bezpiecznego stosowania napięć powyżej napięcia znamionowego silnika krokowego, prąd cewki musi być aktywnie ograniczony, aby nie przekroczyć prądu znamionowego silnika.

A4988 obsługuje takie aktywne ograniczanie prądu, a potencjometr trymera na płytce może być użyty do Ustawienia limitu prądu. Jednym ze sposobów ustawienia limitu prądu jest przełączenie Sterownika w tryb pełnoetapowy i pomiar prądu płynącego przez pojedynczą cewkę silnika podczas regulacji potencjometru limitu prądu. Należy to zrobić z silnikiem utrzymującym stałą pozycję (tj. bez taktowania wejścia krokowego). Należy pamiętać, że prąd, który mierzysz, wynosi tylko 70% rzeczywistego ustawienia limitu prądu, ponieważ obie cewki są zawsze włączone i ograniczone do tej wartości w trybie pełnego kroku, więc jeśli później włączysz tryby microstepping, prąd przez cewki będzie mógł przekroczyć ten zmierzony prąd pełnego kroku o 40% (1 / 0,7) na niektórych krokach; proszę wziąć to pod uwagę przy użyciu tej metody, aby ustawić aktualny limit. Zauważ również, że będziesz musiał wykonać tę regulację ponownie, jeśli kiedykolwiek zmienisz napięcie logiczne, Vdd, ponieważ napięcie odniesienia, które ustawia granicę prądu, jest funkcją Vdd.

Uwaga: prąd cewki może się bardzo różnić od prądu zasilacza, więc nie należy używać prądu mierzonego przy zasilaczu do ustawiania limitu prądu. Odpowiednie miejsce do umieszczenia bieżącego miernika jest szeregowo z jedną z cewek silnika krokowego.

innym sposobem ustawienia limitu prądu jest obliczenie napięcia odniesienia, które odpowiada żądanemu limitowi prądu, a następnie dostosowanie potencjometru limitu prądu do momentu zmierzenia tego napięcia na pinie VREF. Napięcie pin VREF jest dostępne na via, która jest zakreślona na Dolnym sitodruku płytki drukowanej. Granica prądu, IMAX, odnosi się do napięcia odniesienia w następujący sposób:

`I_(MAX) = (V_(REF))/(8 * R_ (CS))`

lub, przestawione do rozwiązania dla VREF:

`V_(REF) = 8 * I_(MAX) * R_(CS)`

RCS to bieżąca rezystancja czujnika; w oryginalnych wersjach tej płytki zastosowano Rezystory sensorowe 0,050 Ω, ale w styczniu 2017 roku przestawiliśmy się na Rezystory sensorowe 0,068 Ω, co sprawia, że większy zakres potencjometru regulacyjnego jest użyteczny. Poniższy obrazek pokazuje, jak zidentyfikować obecne Rezystory sensorowe, które ma twoja płytka:

Identyfikacja oryginalnych rezystorów sensorowych 50 mΩ (po lewej) i rezystorów sensorowych 68 mΩ (po prawej) wprowadzonych w styczniu 2017 roku.

więc, na przykład, jeśli chcesz ustawić bieżący limit na 1 A i masz płytkę z rezystorami sensorowymi 68 mΩ, ustawisz VREF na 540 mV. Zapewnia to, że nawet jeśli prąd przechodzący przez każdą cewkę zmienia się z kroku na krok, wielkość wektora prądu w silniku krokowym pozostaje stała na poziomie 1 A:

`sqrt(I_(COIL1)^2 + I_(COIL2)^2) = I_(MAX) = 1 text (A)`

Jeśli zamiast tego chcesz, aby prąd przechodzący przez każdą cewkę był 1 A w trybie pełnoetapowym, musisz ustawić aktualny limit na 40% wyższy lub 1.4 A, ponieważ cewki są ograniczone do około 70% zadanej granicy prądu w trybie pełnoetapowym (powyższe równanie pokazuje, dlaczego tak jest). Aby to zrobić z płytką z rezystorami sensorowymi 68 mΩ, ustawisz VREF na 770 mV.

rozważania dotyczące rozpraszania mocy

Sterownik A4988 ma maksymalny Prąd znamionowy 2 A na cewkę, ale rzeczywisty prąd, który możesz dostarczyć, zależy od tego, jak dobrze możesz utrzymać IC w chłodzie. Płytka drukowana nośnika jest zaprojektowana tak, aby pobierać ciepło z układu scalonego, ale aby dostarczyć więcej niż około 1 A na cewkę, wymagany jest radiator lub inna metoda chłodzenia.

Ten produkt może stać się wystarczająco gorący, aby spalić Cię na długo przed przegrzaniem Chipa. Należy zachować ostrożność podczas obchodzenia się z tym produktem i innymi komponentami z nim związanymi.

należy pamiętać, że pomiar poboru prądu przy zasilaczu na ogół nie zapewni dokładnego pomiaru prądu cewki. Ponieważ napięcie wejściowe do sterownika może być znacznie wyższe niż napięcie cewki, zmierzony prąd na zasilaczu może być nieco niższy niż prąd cewki (sterownik i cewka zasadniczo działają jak przełączający zasilacz schodkowy). Ponadto, jeśli napięcie zasilania jest bardzo wysokie w porównaniu do tego, czego silnik potrzebuje, aby osiągnąć ustawiony prąd, cykl pracy będzie bardzo niski, co również prowadzi do znacznych różnic między prądami średnimi i RMS.

schemat schematu

schemat nośnika Sterownika Silnika Krokowego A4988 (zarówno w wersji zielonej, jak i czarnej).

Uwaga: Ta płyta jest zamiennikiem naszego oryginalnego (i już wycofanego) Sterownika Silnika Krokowego a4983. Nowszy A4988 oferuje ochronę nadprądową i ma wewnętrzny pull-down 100K na pinie wyboru MS1 microstep, ale poza tym jest praktycznie identyczny z a4983.