Схема драйвера шагового двигателя

Технически схема драйвера шагового двигателя представляет собой схему декадного двоичного счетчика. Преимущество этой схемы в том, что ее можно использовать для управления шаговыми двигателями, имеющими 2-10 шагов. Прежде чем идти дальше, давайте поговорим об основах шагового двигателя.

Название этого двигателя дано потому, что вал вращается в ступенчатой ​​форме, которая отличается от двигателя постоянного тока или любого другого двигателя. В других двигателях скорость вращения и угол остановки не контролируются полностью, если не установлена ​​необходимая цепь. Это отсутствие управления присутствует из-за момента инерции, который является просто символом для запуска и остановки по команде без задержки. Рассмотрим двигатель постоянного тока, при включении его скорость медленно увеличивается, пока не достигнет номинальной скорости. Теперь, если на двигатель прикладывается нагрузка, скорость снижается по сравнению с номинальной, а при дальнейшем увеличении нагрузки скорость еще больше уменьшается. Теперь, если питание отключается, двигатель не останавливается немедленно, поскольку у него есть момент инерции, он останавливается медленно. Теперь рассмотрим случай, когда в принтере выход бумаги не прекращается вовремя,мы теряем бумагу каждый раз, когда начинаем и останавливаемся. Нам нужно подождать, пока мотор наберет скорость, и в должное время бумага потеряется. Это неприемлемо для большинства систем управления, поэтому для решения такого рода проблем мы используем шаговые двигатели.

Шаговый двигатель не работает на постоянной питания. Он может работать только с управляемыми и упорядоченными импульсами мощности. Прежде чем двигаться дальше, мы должны поговорить об УНИПОЛЯРНЫХ и БИПОЛЯРНЫХ шаговых двигателях. Как показано на рисунке в шаговом двигателе UNIPOLAR, мы можем взять центральное ответвление обеих фазных обмоток как на общую землю, так и на общую мощность. В первом случае мы можем взять черное и белое за общую землю или мощность. В случае 2 черных берите за обыкновенный. В случае 3 оранжевых, черных, красных, желтых, все соединяются для общей земли или питания.

В шаговом двигателе BIPOLAR у нас есть концы фаз и нет центральных ответвлений, поэтому у нас будет только четыре клеммы. Привод этого типа шагового двигателя отличается и сложен, а схема управления не может быть легко спроектирована без микроконтроллера.

Разработанная нами схема применима только для шаговых двигателей типа UNIPOLAR.

Импульсная мощность шагового двигателя UNIPOLAR будет рассмотрена в объяснении схемы.

Компоненты схемы

• От +9 до +12 напряжения питания
• 555 IC
• Резисторы 1 кОм, 2 кОм
• Потенциометр 220 кОм или переменный резистор
• Конденсатор 1 мкФ, конденсатор 100 мкФ (не обязательно, подключается параллельно к источнику питания)
• 2N3904 или 2N2222 (количество деталей зависит от типа шагового двигателя, если это 2 ступени, нам нужно 2, если это четыре ступени, нам нужно четыре)
• 1N4007 (количество диодов равно количеству транзисторов)
• CD4017 IC,.

Принципиальная схема и объяснение драйвера шагового двигателя

На рисунке показана принципиальная схема двухступенчатого драйвера шагового двигателя. Теперь, как показано на принципиальной схеме, схема 555 предназначена для генерации тактовой частоты или прямоугольной волны. Частоту генерации тактовых импульсов в этом случае нельзя поддерживать постоянной, поэтому нам нужно получить переменную скорость для шагового двигателя. Чтобы получить эту переменную скорость, потенциометр или пресет последовательно подключаются с резистором 1K в ветви между 6- ^м и 7- ^м контактами. По мере того, как горшок изменяется, сопротивление в ветви изменяется и, следовательно, частота тактовых импульсов, генерируемых 555.

На рисунке важна только третья формула. Вы можете видеть, что частота обратно пропорциональна R2 (что составляет 1K + 220k POT в цепи). Таким образом, если R2 увеличивается, частота уменьшается. Итак, если горшок настроен на увеличение сопротивления в ветви, частота тактовых импульсов уменьшается.

Часы, генерируемые таймером 555, поступают на счетчик DECADE BINARY. Теперь десятичный двоичный счетчик подсчитывает количество импульсов, подаваемых на тактовую частоту, и позволяет соответствующему выводу установить высокий уровень. Например, если количество событий равно 2, тогда на выводе счетчика Q1 будет высокий уровень, а если будет счетчик 6, на выводе Q5 будет высокий уровень. Это похоже на двоичный счетчик, однако счет будет в десятичном (например, 1 2 3 4 __ 9), поэтому, если счет равен семи, только вывод Q6 будет высоким. В двоичном счетчике Q0 контакты Q1 и Q2 (1 + 2 + 4) будут иметь высокий уровень. Эти выходы подаются на транзистор для правильного управления шаговым двигателем.

На рисунке мы видим схему драйвера четырехступенчатого шагового двигателя, очень похожую на двухступенчатую. В этой схеме можно заметить, что RESET, подключенный до Q2, теперь перемещается к Q4, а разомкнутые контакты Q2 и Q3 подключены к другим двум транзисторам, чтобы получить четырехимпульсную установку для запуска четырехступенчатого шагового двигателя. Итак, очевидно, что мы можем управлять шаговыми двигателями с числом ступеней до десяти. Тем не менее, следует переместить вывод RESET вверх, чтобы установить управляющие транзисторы на место.

Размещенные здесь диоды предназначены для защиты транзисторов от индукционных выбросов обмотки шагового двигателя. Если их не установить, может возникнуть опасность взрыва транзисторов. Чем выше частота импульсов, тем больше вероятность взрыва без диодов.

Работа драйвера шагового двигателя

Для лучшего понимания шагового вращения шагового двигателя мы рассматриваем четырехступенчатый шаговый двигатель, как показано на рисунке.

Теперь рассмотрим, к примеру, все катушки намагничены одновременно. На ротор со всех сторон действуют силы равной величины, поэтому он не движется. Потому что все они равны и выражают противоположное направление. Теперь, если катушка D только намагничена, зубцы 1 на роторе испытывают силу притяжения в направлении + D, а зубцы 5 ротора испытывают силу отталкивания, противоположную –D, эти две силы представляют собой аддитивную силу по часовой стрелке. Таким образом, ротор движется, чтобы завершить шаг. После этого он останавливается для подачи питания на следующую катушку, чтобы завершить следующий шаг. Это продолжается до тех пор, пока не будут выполнены четыре шага. Чтобы ротор вращался, этот цикл пульсации должен продолжаться.

Как объяснялось ранее, предустановка установлена ​​на значение для определенной частоты импульсов. Эти часы подаются на счетчик декад, чтобы получать от него регулярные выходные данные. Выходы декадного счетчика подаются на транзисторы для последовательного управления мощными катушками шагового двигателя. Сложность заключается в том, что после завершения последовательности, скажем, 1, 2, 3, 4, шаговый двигатель выполняет четыре шага, и поэтому он готов к повторному запуску, однако счетчик имеет емкость для 10, и поэтому он работает без прерывания. В этом случае шаговый двигатель должен ждать, пока счетчик завершит свой цикл 10, что недопустимо. Это регулируется подключением RESET к Q4, поэтому, когда счетчик идет на пять отсчетов, он сбрасывается и начинается с единицы, это запускает последовательность шагов.

Вот так шаговый двигатель продолжает шагать, и так происходит вращение. Для двухкаскадного режима контакт RESET должен быть подключен к Q2, чтобы счетчик сбрасывался в третьем импульсе. Таким образом, можно настроить схему для привода десятиступенчатого шагового двигателя.