Мікросхеми - драйвера крокових двигунів такі, як A4988, відрізняються від звичайних H-мостів, або по-іншому драйверів колекторних двигунів таких як L298, можливістю автоматичної стабілізації струму, а також автоматичним формуванням керуючих сигналів на обмотки крокового двигуна для обертання або утримання ротора. Якщо порівняти блок-схеми мікросхем цих драйверів, вам стане зрозуміло, що вони так само схожі як бойовий літак і кукурузник. H-міст працює просто як підсилювач струму і напруги, в той час як драйвер крокового двигуна бере на себе безліч логічних операцій і формує на свої внутрішні H-мости близькі до ідеалу сигнали широтно-імпульсної модуляції зі зворотним зв'язком по струму через обмотки двигуна і іншими фічами. Дочитайте статтю до кінця і дізнаєтеся які значення струму драйвер тримає на обмотках двигуна на кожному мікрокроці.

Буду вдячний, якщо ви підпишетеся і поставите лайк. Поїхали далі!

Стабілізація струму через обмотки необхідна в разі роботи зі швидкісними низькоомними двигунами. А до них відносяться більшість популярних кроковиків. Такі ставлять на 3D-принтери та CNC-верстати. Стабілізація струму значно покращує динамічні характеристики двигуна, обмежує перегрів обмоток і драйвера, а так само дозволяє розширити діапазон живлячих напруг без впливу на швидкість обертання ротора. Стабілізація в драйверах крокових двигунів побудована на принципі широтно-імпульсної модуляції ШІМ напруги і управляється ПІД-регуляторами.

Струм стабілізації в більшості драйверів задається вручну за допомогою підлаштування резистора. Але є і такі драйвери, у яких струм можна змінювати по командам з керуючого контролера. В рамках цього уроку ми налаштуємо бажаний струм стабілізації у драйвера A4988 за допомогою підлаштування резистора. Судячи з електричної схеми плати цього драйвера, в утриманні струму беруть участь вимірювальні резистори Rsc, а так само резистори підключені до виходу VREF - це R5 і змінний R9. Резисторів Rsc дві штуки по одному на кожну котушку двигуна. Вони дають можливість вимірювати поточне значення струму, по падінню напруги на них. А резистори R5 і R9 виступають як дільник напруги і формують задану напругу для порівняння з потенціалами на вимірювальних резисторах.

Є проста формула для розрахунку заданої напруги, згідно необхідного струму, що подається на двигун. У неї підставляється номінальний струм двигуна і опір одного вимірювального резистора. На моїй платі стоять великі резистори з маркуванням R100, що відповідає опору 0,1 Ом. Для плати A4988 і двигуна на 1,7А, максимальна напруга VREF = 1,36В. При чому на всіх тематичних сайтах рекомендується ставити струм відсотків на 30% менше максимального. Тобто послухаємось і виставимо на нашому піддослідному драйвері задану напругу, близьку до 0,95 В.

Для настройки струму знадобиться джерело напруги 5В - я для цього візьму контролер Arduino Nano. Ще буде потрібний вольтметр і дрібна викрутка. Для початку підключаємо загальний провід Arduino Nano до загального драйвера і +5 В до виводу живлення логіки драйвера під назвою VDD. Вмикаємо Ардуіно і вольтметром міряємо напругу між загальним проводом і движком підлаштування резистора. Далі підкручуючи цей движок викруткою, добиваємося бажаної напруги 0,95 В. Я так само перевіряю це значення без контакту руки до металевої частини викрутки, бо рука може впливати на вимірюване електричне коло. Ми молодці - навчилися налаштовувати максимальний заданий струм на драйвері A4988. Під час налаштування не потрібно подавати напругу живлення двигуна, а тільки для роботи логіки. Якщо вам потрібен максимальний момент сили від двигуна, то налаштовуйте струм на робочий максимум, але іноді від двигуна потрібна ніжна сила для безпеки обладнання, щоб він не міг порвати і поламати все на своєму шляху при збоях в механіці - тоді зменшуємо струм підлаштування резистором потроху вниз перевіряючи його зусилля на практиці. Якщо ж напруга не змінюється при обертанні движка резистора, то мікросхема драйвера схоже вийшла з ладу. А, якщо все вийшло, можна приступати до подальшої роботи з драйвером, задіюючи інші виводи і підключаючи живлення двигуна.

Тепер обіцяна розповідь про те, які значення струму драйвер стабілізує на конкретних мікрошагах. Відкриваємо документацію і знаходимо графіки струму, який виставляє драйвер на обидві котушки в різні моменти кроків і мікрокроків. Перший графік показує теоретичну роботу драйвера в повнокроковому режимі, тобто без мікрокроків. Тут видно, що амплітуда становить 71% від заданого нами струму. Значить драйвер в повнокроковому режимі буде намагатися тримати не заданий нами струм, а 71% від нього. Можливо це зроблено для мінімізації сплесків струму на перехідних процесах. А другий і наступні графіки більш оптимістичні. Вони показують теоретичні графіки управління двигуном з мікрокроками, і тут, внаслідок більшої плавності перехідних процесів, вже струм доходить до 100%, тобто буває рівним нашому заданому за допомогою викрутки. Розберемо другий графік докладніше. Це ілюстрація напівкрокового режиму. У ньому драйвер повертає ротор двигуна на один крок при надходженні двох імпульсів від контролера на вхід STEP. Один крок дорівнює двом імпульсам. На графіку при надходженні першого імпульсу на першу обмотку йде завдання 0 Ампер, а на другу -100% від заданого нами. При отриманні другого імпульсу через першу обмотку стабілізується 70% від заданого струму, а через другу -70%. І так далі. Таким хитрим способом імітується струмова синусоїда для плавності управління двигуном, що сприяє мінімізації паразитних сплесків струму і зменшення вібрації двигуна. І у всіх цих графіках за основу береться задане нами значення максимального струму. Так що його настройка архіважлива для ваших проектів. Так само тут в інструкції ознайомтеся і з іншими графіками по мікрокрокам. А точніше значення струмів знайдете в таблиці нижче. Там розкриті всі секрети кожного мікрокроку.

Сподіваюся ця стаття була вам корисна. Пишіть в коментах яких іще тем торкнутися наступного разу. Дякую за увагу!

24.02.2021