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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE
Pilote de moteur pas à pas avec micropas. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / moteurs électriques L'article présente le circuit et la conception, décrit le principe de fonctionnement du pilote de moteur pas à pas bipolaire basé sur le microcontrôleur ATmega48. Il est capable de fonctionner avec de nombreux moteurs et ne contient pas de puces spécialisées pour contrôler les moteurs pas à pas. La polyvalence est assurée par une méthode originale de maintien d'un courant donné dans les bobinages du moteur. Cette conception peut servir de base à la création de dispositifs similaires contenant des éléments de sécurité supplémentaires - opto-isolation des circuits d'entrée, protection contre les courts-circuits de charge, etc. Dans le dispositif décrit, en raison des conditions « modérées » attendues de son fonctionnement et pour limiter les coûts , ces composants ne sont pas fournis. L'objectif du développement était de créer un pilote de moteur pas à pas bipolaire simple et peu coûteux pour une utilisation universelle. Tous les logiciels sont écrits en langage assembleur AVRASM et optimisés pour le temps d'exécution, ce qui a permis de résoudre le problème en utilisant la base d'éléments disponible au moment du développement. Principales caractéristiques techniques
Un diagramme schématique du pilote est présenté sur la Fig. 1 . Il est basé sur des modeleurs de courant en pont des phases A et B sur des transistors à effet de champ VT1-VT4, VT5-VT8, respectivement, contrôlés par des microcircuits pilotes spécialisés des commutateurs supérieur et inférieur du demi-pont DA5-DA8 IR2104S. Pour augmenter l'immunité au bruit, une alimentation séparée est utilisée pour la partie puissance (27 V) et la partie logique avec pilotes de commutateur d'alimentation (12 V).
Ensuite, nous considérerons la partie du circuit liée à l'une des phases (phase A), puisque la partie liée à la phase B fonctionne de la même manière. L'appareil détermine la valeur instantanée du courant de phase par la chute de tension aux bornes de la résistance R45, qui, via le circuit intégrateur R5C6, est fournie à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur DA1.1 avec un gain réglable, qui remplit également la fonction d'un filtre passe-bas du premier ordre. De la sortie de l'amplificateur, le signal arrive à l'entrée inverseuse du comparateur DA3.1. Le comparateur compare un signal proportionnel au courant circulant dans la phase du moteur avec une tension de référence. Il est formé sous la forme d'une onde sinusoïdale étagée (pour le mode de fonctionnement micropas) par le Timer 1 du microcontrôleur, fonctionnant en mode "Fast PWM" sans division préalable. Le signal de la sortie de la minuterie passe à travers un filtre à plusieurs étages R1C1R3C4R7C8. La période de répétition des impulsions modulées en largeur est de 12,7 µs, ce qui correspond à une fréquence de 78,4 kHz. En mode de fonctionnement, la résistance R23 ne participe pas à la formation de la tension de référence, puisque la sortie PB3 du microcontrôleur auquel elle est connectée est dans un état haute impédance. En mode maintien (après qu'il n'y ait pas d'impulsions à l'entrée « Step » pendant les 3,4 dernières s), le programme règle la sortie PB3 du microcontrôleur à un niveau logique bas et l'amplitude du signal de référence diminue. À partir de la sortie du comparateur à collecteur ouvert DA3.1, chargé de la résistance R25, le résultat de la comparaison est transmis à l'entrée du comparateur DA3.2. La sortie du comparateur DA3.1 est également connectée au fil commun via le condensateur C22. Ensemble, R25 et C22 constituent le circuit de synchronisation de l'unité de stabilisation de courant. Lorsqu'il descend en dessous d'un certain niveau de référence, le condensateur C22 est chargé via la résistance R25. Dans l'intervalle de temps allant du début de la charge jusqu'à ce que la tension sur le condensateur atteigne la valeur spécifiée par le diviseur de tension R27R28, l'alimentation de l'enroulement du moteur est coupée, ce qui empêche les fluctuations rapides du courant autour de la valeur de référence. Cet algorithme au sens classique n'appartient pas aux algorithmes de stabilisation de courant «Fixed-Frequency PWM» ou «Fixed-Off-Time PWM», mais en pratique il a montré de bonnes performances. Lorsque le courant dépasse la valeur de référence, la sortie du comparateur DA3.2 est réglée sur un niveau logique bas. Le microcontrôleur répond à cela en désactivant le bobinage tout en fermant simultanément les transistors VT1-VT4 en utilisant le signal SD fourni aux pilotes DA5 et DA6. Cela permet d'obtenir une diminution rapide du courant dans les enroulements du moteur. Si le courant descend en dessous de la valeur de référence, l'inverse se produit : les drivers DA5 et DA6 reçoivent un signal SD de haut niveau, ouvrant les transistors mentionnés, ce qui n'empêche pas le courant d'augmenter dans le bobinage. Le changement des étages de tension de référence, ainsi que le changement des combinaisons de transistors ouverts et fermés du pont se produit avec l'arrivée de l'impulsion suivante à l'entrée « Step » selon des algorithmes dépendant du coefficient de division de pas prédéfini (la présence de cavaliers entre les broches 1-2 et 3-4 du connecteur XP1) et le sens de rotation actuel (niveau du signal logique à l'entrée "Direct"). Saisissez "Résoudre" a été conçu pour activer et désactiver le fonctionnement du moteur, mais dans la version du programme jointe à l'article, cela ne fonctionne pas. Le pilote est réalisé sur un circuit imprimé double face dont le dessin des conducteurs imprimés est illustré à la Fig. 2, et la disposition des éléments est sur la Fig. 3. Les transistors VT1-VT8 sont situés sur un côté de la carte, avec des surfaces de dissipation de chaleur à l'opposé. Un dissipateur thermique est pressé sur ces surfaces au moyen de joints isolants - dans le cas le plus simple, une plaque d'aluminium mesurant 60x60 mm. Il convient de noter qu'avec un courant de phase supérieur à 4...5 A et un fonctionnement à long terme, un dissipateur thermique en forme de plaque peut ne pas suffire et sa surface doit être augmentée en rendant le dissipateur thermique nervuré ou en forme d'aiguille.
Le matériau du panneau doit être choisi avec une épaisseur d'au moins 1 ... 1,5 mm, l'épaisseur de la feuille doit être d'au moins 35 microns. Les conducteurs imprimés à travers lesquels circule un courant important doivent être fortement étamés ou entourés de fil de cuivre, en le soudant sur toute la longueur du conducteur. La plupart des composants de conception sont utilisés dans la conception de montage en surface. Les résistances et condensateurs sont de taille 1206. Les résistances R45, R50 ont des fils conducteurs et une puissance d'au moins 2 W. condensateurs à oxyde dans les circuits de puissance - avec un faible ESR. Les résistances ajustables R18 et R19 sont multitours de 3296W. Les valeurs d'amplitude du courant de phase du moteur sont régulées par des résistances d'ajustement R18, R19. Le moyen le plus simple de procéder consiste à faire passer le pilote en mode 1/8 micropas et à utiliser un voltmètre numérique pour surveiller la chute de tension aux bornes des résistances du capteur de courant R45 et R50. En appliquant des impulsions uniques à l'entrée « Step », les valeurs de courant maximales sont atteintes alternativement dans les phases A et B. À l'aide de résistances d'ajustement, ces valeurs sont réglées de manière égale et correspondent à l'amplitude de courant requise. La réduction de la résistance des résistances d'ajustement entraîne une diminution du courant, et vice versa. Pour vous orienter, vous pouvez utiliser le tableau. 1, qui montre la dépendance de l'amplitude du courant de phase Imf de la résistance introduite de la résistance d’accord. Tableau 1
Avant d'allumer le pilote, vous devez installer des cavaliers entre les broches 1-2 et les broches 3-4 du connecteur XP1, en garantissant le coefficient de division des pas du moteur requis conformément au tableau. 2. Le programme analyse l'état des cavaliers une fois au début de son fonctionnement, d'autres changements dans leur état n'ont aucun effet sur le fonctionnement du pilote. La commutation du coefficient de division « à la volée » n'est pas prévue dans la version proposée du programme. Tableau 2
Le programme du microcontrôleur et le fichier de carte de circuit imprimé au format Sprint Layout 6.0 peuvent être téléchargés depuis ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/est-drv.zip. Auteur : M. Reznikov
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