Корпорация toshiba выпустила новую линейку драйверов управления шаговыми двигателями

Toshiba TB-серия ИС драйвера электродвигателя

Разработчики: Toshiba Electronics Europe (TEE)
Дата премьеры системы: 2017/09/18
Дата последнего релиза: 2018/04/12
Отрасли: Электротехника и микроэлектроника
Технологии: Процессоры

Содержание

Toshiba TB-серия — линейка интегральных схем (ИС) драйвера электродвигателя.

Драйвер коллекторных электродвигателей TB67H420FTG

12 апреля 2018 года компания Toshiba Electronics Europe сообщила о расширении ассортимента миниатюрных драйверов коллекторных электродвигателей для поверхностного монтажа и представила драйвер TB67H420FTG, предназначенный для систем с высоким напряжением, таких как бытовые роботизированные пылесосы, банковские терминалы, автоматы выдачи наличных и другое бытовое оборудование.

Коллекторные электродвигатели, также используемые в принтерах и офисном оборудовании, требуют более мощных приводов для создания необходимых высоких значений крутящего момента. По мере роста количества автоматизированных систем, использующих электродвигатели, растет потребность в компактных решениях, позволяющих экономить пространство. При создании приводов мощных коллекторных электродвигателей требуются высокие выходные напряжения, которые могут создавать высокие нагрузки в цепях драйверов. Особенность коллекторных электродвигателей также заключается в том, что они требуют высоких пусковых токов, которые также создают нагрузку на драйверы. Как правило, для создания мощных приводов используется смешанная технология: интегрированный драйвер и дискретные переключающие МОП-транзисторы. Такой подход допустим, но при этом увеличивается количество компонентов и, тем самым, стоимость и размеры системы, пояснили в Toshiba Electronics Europe.

TB67H420FTG, по словам разработчика, выпускается на основе самого современного технологического процесса Toshiba с проектной нормой 130 нм. В нем реализован режим одного выходного моста, обеспечивающий ток до 9,0 А при напряжении 50 В. Драйвер также может управлять двумя коллекторными электродвигателями (50 В, 2 канала по 4,5 А) благодаря реализации режима двух мостов, позволяющего независимо управлять каждым каналом за счет наличия двух раздельных выходных каналов.

Драйвер коллекторных электродвигателей TB67H420FTG может работать с современными мощными приводами и помогает экономить пространство благодаря миниатюрному корпусу для поверхностного монтажа QFN48 размерами 7 мм x 7 мм. Встроенные МОП-транзисторы обладают сверхнизким сопротивлением в открытом состоянии (всего 0,17 Ом в режиме одного моста и 0,33 Ом в режиме двух мостов), обеспечивая тем самым эффективную работу и минимальное тепловыделение, отметили в Toshiba.

Помимо ограничителя тока и основных встроенных функций обнаружения ошибок (перегрев, перегрузка по току, защитное отключение при низком напряжении) драйвер также имеет выход сигнала обнаружения ошибки, который позволяет сообщать системе о любых ошибках, тем самым обеспечивая высокий уровень безопасности.

В представленном драйвере коллекторных электродвигателей также применяется расширенная система определения тока (Advanced Current Detection System, ACDS) компании Toshiba для слежения за током и управления им без использования токочувствительных резисторов, что позволяет сэкономить пространство на печатной плате и снизить стоимость компонентов, подчеркнули в Toshiba.

Компания Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation рассматривает устройство TB67H420FTG в качестве флагманской модели драйвера коллекторных электродвигателей постоянного тока следующего поколения, благодаря его расширенным возможностям для создания приводов с высокими значениями напряжения и тока, а также широкой сфере применения, обусловленной наличием режима двух мостов и возможностям обработки ошибок.

Драйверы TB67S249FTG и TB67S279FTG

14 февраля 2018 года компания Toshiba Electronics Europe представила два драйвера шаговых электродвигателей, которые способны обнаруживать повышенную нагрузку на двигатель и автоматически регулировать питание двигателя в соответствии с этой нагрузкой.

Драйверы TB67S249FTG и TB67S279FTG обеспечивают точное перемещение электродвигателей с высокими скоростями при различных нагрузках, минимизируя при этом потребление энергии, тепловыделение и стоимость устройств. Эти драйверы подходят для применения в робототехнике, прецизионных производственных системах и устройствах 3D-печати, требующих стабильного и точного управления при высокой скорости перемещения.

В драйверах шаговых электродвигателей Toshiba реализована технология предотвращения остановки и активной регулировки усиления (AGC) собственной разработки для предотвращения остановки и возможного повреждения двигателей. Технология AGC непрерывно отслеживает крутящий момент электродвигателя и автоматически оптимизирует его ток в соответствии с требованиями нагрузки без необходимости применения дополнительного микроконтроллера. За счет работы при номинальных значениях тока вместо повышенных эти устройства могут снижать потребляемую мощность и тепловыделение электродвигателя на 80 % по сравнению с существующими устройствами без функции AGC, при это сохраняя точность перемещения и эффективность двигателя в широком диапазоне рабочих нагрузок и частот вращения.

При допустимом рабочем напряжении 50 В драйвер TB67S249FTG обеспечивает высокий максимальный ток до 4,5 А, а номинальный ток TB67S279FTG составляет 2,0 А. Кроме того, в этих драйверах электродвигателей используется расширенная система определения тока (ACDS), разработанная компанией Toshiba, которая позволяет отказаться от больших и дорогих токочувствительных резисторов, и тем самым сэкономить место на печатной плате и снизить стоимость системы.

Для снижения шума и уровня вибраций устройства поддерживают работу с разрешением полного, половины, четверти, 1/8, 1/16 и 1/32 шага, обеспечивая быстрое и точное перемещение. Они также содержат различные схемы обнаружения ошибок (тепловая защита, защита от перегрузки по току, защитное отключение при низком напряжении и обнаружение отключения нагрузки) для повышения безопасности и надежности систем.

Все устройства выпускаются в корпусе QFN48 (7 мм x 7 мм) с эффективным рассеянием тепла и совместимы на уровне выводов, что позволяет производителям устройств создавать устройства с разными эксплуатационными характеристиками на основе одной печатной платы.

Драйвер двухфазных шаговых электродвигателей TB9120FTG

6 декабря 2017 года компания Toshiba Electronics Europe представила драйвер двухфазных шаговых электродвигателей с неизменным током для создания автомобильных устройств и различных систем общего назначения.

ИС TB9120FTG обеспечивает двухфазное ШИМ-управление с неизменным током на основе простого тактового сигнала, не требуя применения сложного микроконтроллера или специального программного обеспечения. Плавное и точное управление в сочетании со снижением уровня шума электродвигателя обеспечивается за счет привода с дроблением шага, позволяющего выбрать полный или половинный шаг, а также 1/4, 1/8, 1/16 или 1/32 шага. Режим смешанного спада обеспечивает стабильность тока, протекающего через электродвигатель.

ИС работает от источника питания с одним напряжением от 7 до 18 В. В ней используются ДМОП-транзисторы с низким сопротивлением в открытом состоянии (RON) (суммарное сопротивление верхнего и нижнего плеча 0,7 Ом при 25 °C), максимальный выходной ток — 1,5 А. Устройство выпускается в миниатюрном корпусе типа QFN28 размерами 6,0 мм x 6,0 мм.

В TB9120FTG реализован ряд схем обнаружения ошибок, в том числе обнаружение остановки двигателя, защитное отключение при перегреве, обнаружение перегрузки по току и отключения нагрузки. Драйвер имеет выход состояния для передачи сигнала о любой из ошибок и отдельный вывод для обнаружения остановки.

Диапазон рабочих температур ИС от -40 до 125 °C. Она будет сертифицирована в соответствии с утвержденным стандартом AEC-Q100, определяющим требования к электронным компонентам для автомобильной промышленности.

На 6 декабря 2017 года ведутся поставки ознакомительных образцов. Начало серийного производства запланировано на июль 2019 года.

Многоканальный драйвер электромагнитов TB67S111PG

26 сентября 2017 года компания Toshiba Electronics Europe (TEE) объявила о выпуске ИС многоканального драйвера электромагнитов и униполярных электродвигателей TB67S111PG.

ИС имеет низкое сопротивление в открытом состоянии и рассчитана на высокое напряжение.

TB67S111PG содержит четыре канала, в каждом из которых установлен МОП-транзистор нижнего плеча и шунтирующий диод, подключенный к стоку. Это позволяет независимо управлять каждым каналом и создавать схемы для управления электромагнитами и униполярными электродвигателями.

Для изготовления ИС используется технологический процесс производства высоковольтных аналоговых силовых устройств (BiCD 130 нм), а драйверы электродвигателей имеют номинальное выходное напряжение 80 В при токе 1,5 А на канал. Потери мощности минимизированы за счет выходного сопротивления в открытом состоянии, равного 0,25 Ом.

Схемы отключения при перегреве и перегрузке по току защищают и выполняют автоматический сброс работы ИС по истечении заданного времени. Имеется встроенный выход признака состояния отключения при перегреве. Устройство поддерживает реализацию последовательности при включении питания для одного силового привода.

ИС выпускаются в корпусах DIP16-P-300-2.54A с H-образной выводной рамкой, улучшающей рассеяние тепла, и могут монтироваться на недорогих гетинаксовых платах и обычных стеклоэпоксидных платах.

Драйвер шагового электродвигателя TB67S289FTG

18 сентября 2017 года компания Toshiba Electronics Europe объявила о выпуске драйвера шагового электродвигателя TB67S289FTG с архитектурой, автоматически обнаруживающей и предотвращающей его остановку во время работы.

Электродвигатели останавливаются, когда поворот двигателя отличается от управляющего сигнала. Предотвращение остановок шаговых электродвигателей важно для поддержания стабильного и точного управления двигателем. Это достигается подачей дополнительного тока для создания рабочего запаса двигателем. Мониторинг сигналов обратной связи крутящего момента и тока электродвигателя в режиме реального времени с помощью дополнительных датчиков и специализированного микроконтроллера необходим для повышения эффективности и снижения тепловыделения.

TB67S289FTG – драйвер шагового электродвигателя, в котором используется механизм предотвращения остановки и повышения эффективности разработки Toshiba – Active Gain Control (AGC). Он позволяет драйверу следить за электродвигателем и его крутящим моментом, автоматически оптимизирует управление двигателем без дополнительного микроконтроллера. В процессе эксплуатации драйвер TB67S289FTG предотвращает пропуск шагов и остановку электродвигателя и автоматически оптимизирует ток электродвигателя в зависимости от требуемого крутящего момента.

Устройство обеспечивает разрешения полного шага, половины, четверти, 1/8, 1/16 и 1/32 шага для снижения шума и вибрации, содержит несколько встроенных функций обнаружения ошибок с возможностью передачи сигнала микроконтроллеру (отключение при перегреве, отключение при перегрузке по току, защитное отключение при низком напряжении и обнаружение отключения нагрузки) для повышения безопасности и надежности. Драйвер поддерживает реализацию последовательности при включении питания для одного силового привода.

Дополнительное повышение эффективности может достигаться посредством поддержки драйвера шагового электродвигателя расширенной системой определения тока (Advanced Current Detection System, ACDS). Система мониторинга тока и управления без использования токочувствительных резисторов требует меньше места и меньшего количества внешних компонентов на печатной плате.

TB67S289FTG выпускается в корпусе QFN48. Начато серийное производство устройств.

Драйвер шагового двигателя. Тестируем микросхему L9110

Откуда «ножки» растут

В настоящее время стали доступны и приобрели популярность различные станки с программным управлением. Это лазерные и фрезерные резчики и гравёры. А так же 3D принтеры. Все эти станки имеют один общий узел — шаговый двигатель.

И этому двигателю нужен драйвер.

Принцип работы двигателя не является предметом этой статьи. Мы рассмотрим только драйвер. Всё, что нам нужно знать в данном контексте — это какие управляющие сигналы нам нужно формировать для управления шаговым двигателем. Оказывается, это самые обычные прямоугольные импульсы.

Существует некоторое количество решений драйверов от различных компаний. В нашей статье мы рассмотрим самое доступное решение драйвера L9110 и его аналог HG7881 Это решение часто используется в Arduino

Теория и практика

Я решил применить микросхему L9110 в своём проекте.

Довольно легко нагуглил datasheet. Прочитал. Всё предельно понятно. Характеристики, распиновка, таблица истинности… По всем параметрам драйвер, вроде бы подходит. Напряжение коммутации — 12 вольт, выходной ток 800 ма. — всего хватает.

А что на деле?

Не откладывая в «долгий ящик» я сделал плату, написал и запустил тестовую программу…
Первое, на что я обратил внимание в своём устройстве — то, что микросхема драйвера сильно греется. Внимание! НА ХОЛОСТОМ ХОДУ. Без нагрузки. Это что за чудеса схемотехники?
Может у меня микросхема бракованная?

Пришла в голову идея рассмотреть сей девайс поподробнее. И не один, а кучу.
Сказано — сделано.
Хорошо, что у меня была припасена панелька SO-8 и плата для моделирования.
Ну, и контроллер на базе STM32.

Собран стенд и произведены измерения.

Да, кстати, кроме непосредственно, силового узла в микросхеме заложена логика исключающее ИЛИ. В даташите это описано.

Поскольку я изучаю эффект нагрева микросхемы, лучше не ограничиваться логическими единицами и нулями, а снять реальные напряжения.

В результате измерений получилась табличка:

Рассмотрим строчки 2 и 3. Что мы здесь видим?

  1. Падение напряжения на выходных транзисторах, при наличии нагрузки, около полутора вольт, что при токе 0,33 ампера даёт 0,5 ватт на канал.
  2. На холостом ходу микросхема потребляет 0,05 А, что при напряжении 12 В даёт 0,6 ватт на канал.

Другими словами, независимо от нагрузки она потребляет около 0,5 Вт на канал. Теперь понятно, почему я об неё обжигал пальцы.

Сильный нагрев — это, конечно недостаток. Но может свою функцию микросхема выполняет хорошо? Тут пригодился недавно подаренный себе 4-х лучевой осциллограф приставка. Не ожидал, что мне так скоро потребуются все 4 луча. Для тестирования написал простенькую программку на stm32, который давно использую в различных проектах. Программа, просто, генерирует 2 прямоугольных сигналы с трёхкратной разницей частот.

Поскольку один раз увидеть лучше чем много раз прочитать — прикладываю развёртку сигналов управления.

Ничего особо сложного. Просто прямоугольные импульсы сдвинутые с разницей частоты в 3 раза.

Верхняя часть экрана — входные сигналы — нижняя — выходные.

Сразу бросается в глаза, что при различающихся значениях сигналов на входах, значения на выходах вполне чёткие Устанавливаются без задержек и с резкими фронтами.

Если же сигналы на входах совпадают — то фронт пологий. похож на разряд конденсатора.
Просмотрев документацию я не увидел ничего такого, что предвещало бы такое поведение.
Может я задал слишком высокую частоту входных сигналов? В даташите лимит не указан.
Уже зная, что у этого драйвера есть почти стопроцентный аналог HG7881 я обратился к его документации.

Она пролила больше света на эту загадочную ситуацию. Оказывается, логика работы драйвера немного шире. Две единицы на входе — это торможение ( то есть на выходе оба сигнала должно быть низкого уровня.) А два нуля на входе — это «висящие» контакты. Разрыв.

Значит два нуля на входе должны «подвешивать» выходы. Тогда, поведение разряжающегося конденсатора вполне предсказуемо. Однако две единицы на входах — должны быть надёжным нулём на выходе. А фактически это не так.

Я мог бы списать этот дефект на «китайского производителя». Однако, я тестировал микросхему по честному выпаянную из ардуиновской платы. При чём — не одну микросхему. Из нескольких плат. То есть, вероятность брака сильно снижена.

Вывод

Область применения микросхем L9110 уже, чем задекларирована, да и КПД низковат.
Рассеяние 0,5-0,6 ватта на одном ключе — это многовато. Не случайно это решение самое дешёвое.(10 центов за микросхему. на алиэкспрессе).

В следующих статьях будут рассмотрены альтернативные драйвера шаговых двигателей.

Обзор драйвера шагового двигателя A4988

Автор: Сергей · Опубликовано 11.04.2019 · Обновлено 13.04.2020

Сегодня расскажу о драйвере A4988, данный драйвер подойдет тем, кто планирует создать свой собственный 3D-принтер или станок ЧПУ с управлением шаговым двигателям.

Технические параметры

► Напряжения питания: от 8 до 35 В
► Установка шага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
► Напряжение логики: 3 В или 5.5 В
► Защита от перегрева: Есть
► Максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором.
► Габариты модуля: 20 мм х 15 мм х 10 мм
► Габариты радиатора: 9 мм х 5 мм х 9 мм

Общие сведения о драйвере A4988

Основная микросхема модуля это драйвер от Allegro — A4988, которая имеет небольшие размеры (всего 8 мм х 6 мм), хоть микросхема и маленькая, но она может работать с выходным напряжение до 35 В с током до 1 А на катушку без радиатора и до 2 А с радиатором (дополнительным охлаждением). Для управления шаговым двигателем, необходимо всего два управляющих контакта (по сравнению с L298N необходимо четыре), один используется для управления шагами, второй для управления вращения двигателем.
Драйвер позволяет использовать пять вариантов шага, полный шаг, полшага, четверть шага, восьмой шаг и шестнадцатый шаг.

Распиновка драйвера A4988:
На драйвере A4988 расположено 16 контактов, назначение каждого можно посмотреть ниже:

EN — включение и выключение модуля (0 — включен, 5 В — выключен).
MS1, MS2 и MS3 — выбор режима микро шаг (смотрите таблицу ниже).
RST — сброс драйвера.
SLP — вывод включения спящего режима, если подтянуть его к низкому состоянию драйвер перейдет в спящий режим.
STEP — управляющий вывод, при каждом положительном импульсе, двигатель делает шаг (в зависимости от настройки микро шага), чем быстрее импульсы, тем быстрее вращаться двигатель.
DIR — управляющий вывод, если подать +5 В двигатель будет вращается по часовой стрелке, а если подать 0 В против часовой стрелки.
VMOT & GND — питание шагового двигателя двигателя от 8 до 35 В (обязательное наличие конденсатора на 100 мкФ ).
2B, 2A, 1B, и 1A — подключение обмоток двигателя.
VDD & GND — питание внутренней логики от 3 В до 5,5 В.

Если не планируете использовать вывод RST необходимо подключить его к выводу SLP, чтобы подтянуть его к питанию, тем самым включить драйвер.

Настройка микрошага
Драйвер A4988 может работать микрошаговом режиме, то есть может подавать питание на катушки с промежуточным уровням. Например, если взять двигатель NEMA17 с шагом 1.8 или 200 оборотов, в режиме 1/4, двигатель будет выдавать 800 шагов за оборот
Дня настройки микрошагов, драйвер A4988 имеет три выхода, а именно MS1, MS2 и MS3. Установив соответствующие логические уровни для этих выводов, можно выбрать режим микрошага.

Вывода MS1, MS2 и MS3 в микросхеме A4988 подтянуты резистором к земле, поэтому, если не подключать их, двигатель будет работать в режиме полного шага.

Система охлаждения A4988
При интенсивной работе микросхемы A4988 начинает сильно греется и если температура превысит придельные значение, может сгореть. По документации A4988 может работать с током до 2 А на катушку, но на практике микросхема не греется если ток не превышает 1 А на катушку. Поэтому если ток выше 1 А необходимо устанавливать радиатор охлаждения, который идет в комплекте.

Настройка тока A4988
Перед использованием мотора нужно сделать небольшую настройку, необходимо ограничить максимальную величину тока, протекающего через катушки шагового двигателя и ограничить его превышение номинального тока двигателя, регулировка осуществляется с помощью небольшого потенциометра.
Существует два способа настройки:
1. Замерить ток, для этого возьмем амперметр и подключим его в разрыв любой из обмоток (двигатель должен работать в полношаговом режиме), так же, при настройки ток должен составлять 70% от номинального тока двигателя.
2. Расчет значение напряжения Vref, согласно документации на A4988, есть формула I_TripMax = Vref / (8 × Rs), из которой мы можем получить формулу.

Vref = I_TripMax x 8 x Rs

где,
I_TripMax — номинальный ток двигателя
Rs — сопротивление на резисторе.

В моем случаи на драйвере A4988 установлены резисторы Rs = 0,100 Ом (R100), а номинальный ток двигателя 17HS4401 равняется 1,7 А.

Vref = 1,7 х 8 х 0,100 = 1,36 В

Мы рассчитали максимальное значение для двигателя 17HS4401, но при таком напряжение двигатель будет греться в режиме ожидания, необходимо уменьшить это значение на 70%, то есть:

Vref х 0,7 = 0,952 В

Осталось только настроить, берем отвертку и вольтметр, плюсовой шуп вольтметра устанавливаем на потенциометр, а шуп заземления на вывод GND и выставляем нужное значение.

Подключение драйвера шагового двигателя A4988 к Arduino UNO

Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Драйвер шагового двигателя A4988 x 1 шт.
► Шаговый двигатель 17HS4401 x 1 шт.
► Комплект проводов DuPont 2.54 мм, 20 см x 1 шт.

Подключение:
Теперь, можно приступить к сборке схемы. Первым делом, подключаем VDD и GND к 5 В и GND на Arduino. Контакты DIR и STEP подключим к цифровым контактам 2 и 3 на Arduino. Подключение шагового двигатель к контактам 2B, 2A, 1A и 1B.

Предупреждение: Подключение или отключение шагового двигателя при включенном приводе может привести к его повреждению.

Затем необходимо подключить контакт RST к соседнему контакту SLEEP, чтобы включить драйвер. Так-же контакты выбора микрошага необходимо оставить не подключенными, чтобы работал режим полный микрошаг. Теперь осталось подключить питание двигателя к контактам VMOT и GND, главное не забудьте подключить электролитический конденсатор на 100 мкФ, в противном случаи при скачке напряжение, модуль может выйти из строя.

Программа:
Теперь можно приступки к программной части и начать управлять шаговым двигателем с помощью драйвера A4988, загружайте данный скетч в Arduino.

Блоки управления шаговыми двигателями

Драйверы шаговых двигателей

Драйверы производства «Электропривод» предназначены для контролируемого вращения полезной нагрузки в соответствии с сигналами, поступающими на управляющие входы.

Мы предлагаем драйверы для шаговых двигателей всех типоразмеров – от миниатюрных ШД с током фазы от 0.1 А до высокомоментных двигателей с током до 8 А. Для уменьшения нагрева шагового двигателя в режиме удержания драйверы предусматривают возможность автоматического снижения тока фазы во время остановки.

В качестве управляющих сигналов используются стандартные импульсные сигналы STEP, DIR и ENABLE. Некоторые модели наших драйверов имеют встроенный генератор частоты и поддерживают режимы управления скоростью и положением внешним аналоговым сигналом 0–5 В или потенциометром.

Назад

Наименование Макс. выходной ток, А Напряжение питания, В Дробление основного шага
SMD‑1.6DIN 1,6 12–24 1; 1/2; 1/4; 1/8; 1/16; 1/32; 1/64, 1/128; 1/256
SMD‑2.8DIN 2,8
SMD‑4.2DIN ver.2 4,2 12–48 1; 1/2; 1/4; 1/8; 1/16; 1/32; 1/64, 1/128
SMD‑4.2HV 4,2 220 1; 1/2; 1/4; 1/16
SMD‑8.0DIN ver.2 8 12–48 1; 1/2; 1/4; 1/8; 1/16; 1/32; 1/64, 1/128
SMD‑1.6mini ver.2* 1,6 12–24 1; 1/2; 1/4; 1/8; 1/16; 1/32; 1/64, 1/128; 1/256
SMD‑2.8mini ver.2* 2,8
SMD‑4.2mini ver.2* 4,2 12–48 1; 1/2; 1/4; 1/16
ШЭП‑42IP65** 1,6 12–48 1; 1/2; 1/4; 1/8; 1/16; 1/32; 1/128; 1/256
SMD‑303*** 2,8 10–30 1; 1/2; 1/4; 1/16

Вперед

* встраиваемые драйверы, поставляются в комплекте с шаговым двигателем

** со степенью защиты IP65, интегрированный в двигатель

Дробление шага до 1/256 обеспечивает плавное и бесшумное вращение вала двигателя, а современные микросхемы обеспечивают отличную динамику привода даже при больших величинах дробления шага.

Корпуса современных моделей драйверов выполнены с возможностью крепления на стандартную DIN рейку. Это обеспечивает их удобное расположение и надежное крепление в электротехническом шкафу.

Для отслеживания состояния и индикации аварийных состояний предусмотрен выходной сигнал «FAULT».

В драйверах шаговых двигателей серии SMD предусмотрена защита на случай аварийных и внештатных состояний:

  • контроль перегрузок по току;
  • защита от обратной ЭДС (как с использованием внутренней тормозной схемы, так и с возможностью подключения внешнего тормозного резистора);
  • контроль превышения напряжения питания;
  • контроль переполюсовки.

Контроллеры шаговых двигателей

Программируемые контроллеры шаговых двигателей предназначены для автоматизированного управления исполнительными механизмами с использованием шаговых двигателей на базе программно-технических комплексов, включающих кроме программируемых контроллеров HMI панели, устройства связи с объектом, цифровые сети и интеллектуальные датчики.

В серии контроллеров SMSD мы предлагаем модели с распространенными промышленными интерфейсами и протоколами:

  • Ethernet TCP/IP (контроллеры SMSD‑LAN)
  • CAN – CANOpen (контроллеры SMSD‑CAN)
  • RS‑485 Modbus RTU/ASCII (контроллеры SMSD‑Modbus)
  • USB (виртуальный COM порт, RS‑232)

Помимо распространенного режима управления импульсными сигналами STEP и DIR, контроллеры SMSD обеспечивают работу по предварительно записанной в память блока программе, а также непосредственное управление приводом в режиме реального времени командами, передаваемыми через коммуникационный интерфейс, Direct control.

Режимы работы контроллеров шаговых двигателей серии SMSD:

  • Программное управление — автономная работа по записанной во внутреннюю память программе. Алгоритм работы привода, включая все параметры движения, обработку поступающих внешних сигналов, циклы и ветвления программы, заранее записывается в память контроллера. Данный алгоритм отрабатывается в дальнейшем шаговым приводом в режиме автономной работы.
  • Direct control — режим прямого управления, в котором работа привода контролируется в режиме реального времени. Все команды приводу передаются от компьютера или внешнего контроллера через коммуникационный интерфейс.
  • Аналоговое управление скоростью или положением – для регулирования скорости или положения используется аналоговый сигнал 0 – 5 В или потенциометр.
  • Режим драйвера – импульсное управление управление положением сигналами STEP и DIR.

Программируемые контроллеры SMSD имеют функцию морфинга — переход из режима микрошага в полношаговый режим работы при достижении заданного значения скорости и обратно при ее снижении. Морфинг позволяет сохранить значительный момент при увеличении скорости вращения вала и достичь больших значений скоростей, SMSD‑4.2CAN позволяет достичь скорость 15000 об/мин.

Программное обеспечение для контроллеров шаговых двигателей

Мы предоставляем открытый коммуникационный протокол, а также готовое программное обеспечение под ОС Windows для работы с контроллерами серии SMSD.

Для контроллеров SMSD‑4.2CAN предоставляется программа CANOpen Builder для конфигурирования работы по протоколу CANopen через USB подключение. Программа также позволяет выполнить тестовые запуски шагового привода через SDO запросы, настроить параметры работы в сети CAN, сконфигурировать необходимые TPDO/RPDO, пакетов, выполнить сброс к заводским настройкам. Программа также позволяет получить доступ к объектному словарю блока через USB интерфейс, выполняет расчёты параметров управления шаговым двигателем для режима управления напряжением.

Для контроллеров SMSD‑LAN мы предоставляем программу SMC‑Program‑LAN, с помощью которой можно составлять и записывать пользовательские программы в память блока, считывать программы из памяти блока, осуществлять покомандное управление приводом (режим direct control). Готовые программы управления можно записывать в файл на ПК и считывать их из файла. Программа также позволяет считывать и изменять настройки передачи по сети Ethernet и изменять пароль доступа к контроллеру. Соединение с компьютером в программе SMC‑Program‑LAN доступно как по сети Ethernet, так и через USB.

Для контроллеров SMSD‑Modbus предоставляется две программы – SMSD Controller Demonstrator и SMC‑Program‑Modbus.

SMSD Controller Demonstrator предназначена конфигурирования контроллера, считывания и записи пользовательских программ в память блока, изменения регистров контроллера. Также SMSD Controller Demonstrator содержит утилиту SMSD Updater для поиска обновлений программного обеспечения контроллера и их установки.

SMC‑Program‑Modbus предназначена для управления шаговым приводом в режиме Direct Control, считывания текущих параметров работы привода, изменения основных настроек движения. Программа позволяет редактировать и записывать в память контроллера пользовательские программы. Редактирование программ доступно в виде списка инструкций IL и в виде лестничных диаграмм (начиная с версии ПО V.2.0).

Помимо программ для ПК мы предлагаем HMI панели с готовым программным обеспечением для работы с контроллерами SMSD‑Modbus. HMI панель с готовым ПО позволяет осуществлять контроль за состоянием блока без использования ПК, считывать пользовательские программы из памяти, редактировать и записывать готовые программы в память контроллера. Готовые программы можно переносить с ПК на HMI панель с помощью Flash накопителей (USB).

Для работы с контроллерами SMSD‑1.5 предоставляется программа SMC‑Program ver.4.0.5. Программа предназначена для создания, редактирования пользовательских программ, считывания программ из памяти и записи программ в память контроллеров. Также программа позволяет осуществлять управление шаговым приводом в режиме реального времени direct control.

Отличия контроллеров шаговых двигателей нового поколения от контроллеров, разработанных в начале 21 века.

Драйверы и контроллеры ШД

Устройства управления шаговыми двигателями в станках с ЧПУ

Принцип действия шагового двигателя основан на последовательной подаче напряжения в обмотки статора, в каждый момент времени срабатывающие как магниты и фиксирующие ротор. Разница между токами в обмотках определяет угол поворота ротора. Драйвер ШД – силовое устройство, формирующее токи питания для каждой обмотки.

Виды драйверов

Одноканальные используются для управления одним ШД. Применяются при построении станков, где используются двигатели типоразмера 86 мм с током управления выше 4А.

Многоканальные представляют собой управляющую плату, на которой размещены одноканальные драйверы в количестве, соответствующем количеству приводов. Используются в станках с ШД типоразмером до 57 мм.

Характеристики драйверов

Драйверы не универсальны, под каждую модель ШД выбирается устройство с конкретным набором характеристик.

Базовые критерии выбора:

  • · выходное напряжение и ток. Должны соответствовать характеристикам двигателя;
  • · поддерживаемый протокол. Выбирается в соответствии с протоколом контроллера;
  • · деление шага. Уменьшение увеличивает плавность хода, но снижает максимальные обороты ротора и ведет к потере крутящего момента. Для решения стандартных задач хватает шага 1/64.

Дополнительные функции:

  • · подавление резонанса. Использование драйвера без этой функции приемлемо только для двигателей типоразмером до 86 мм. Алгоритмы работы функции прописываются производителем под конкретные ШД и частоты, но драйверы Leadshine серии MD, предлагаемые нашей компанией, настраиваются на один из трех диапазонов резонансных частот;
  • · снижение тока в режиме простоя. Предотвращает перегрев двигателя и уменьшает энергопотребление;
  • · плавный пуск. Постепенное увеличение напряжения при пуске ШД не приводит к ударам, как в случае с подачей тока полным напряжением;
  • · морфинг – способность драйвера к плавному переходу с микрошагов на полный шаг на высоких оборотах. В режиме микрошагов крутящий момент снижается. Инерционность ротора позволяет работать в режиме полного шага, момент в этом случае повышается.

Контроллеры ШД

Контроллеры – платы коммутации, используемые для преобразования управляющих команд, поступающих с ПК, в последовательность импульсов для драйверов. Плата может иметь дополнительный функционал – разъемы для подключения концевых ограничителей, силовые реле, разъемы для управления шпинделем. Подключается к компьютеру через LPT или USB интерфейс.

Многоканальные драйверы ШД –устройство объединяющее в себе драйвера ШД и плату коммутации. Подключаются к ПК непосредственно управляют ШД. Также в состав контроллера входят такие функциональные возможности как таймер СОЖ, конвертор ШИМ для инвертора, силовые реле, разъемы для подключения датчиков ограничения линейных перемещений. Драйвера могут исполняться на различное количество ШД.

Расширение линейки драйверов шаговых и щеточных двигателей Texas Instruments

Компания Texas Instruments расширила семейство драйверов DRV88xx новыми устройствами, с максимальным рабочим током до 5 А и сопротивлением RDS(on) не более 100 мОм, это более чем 60% меньше, чем у драйверов предыдущего поколения, что дает возможность работать при большем токе и обеспечивает улучшенные тепловые характеристики. Все устройства в этом семействе предусматривают микрошаговые режимы работы с разрешением до 256 шагов и выше (при использовании внешнего микроконтроллера) или до 32 шагов (при использовании внутреннего индексатора).

Данное семейство драйверов включает в себя DRV8813, DRV8825, DRV8829, предназанченные для управления шаговыми двигателями, DRV8814 и DRV8840 — для управления щеточными двигателями, а также DRV8841, DRV8842, DRV8843 — для управления как шаговыми так и щеточными двигателями. Основные характеристики данных устройств приведены в таблицах 1, 2 и 3.

Таблица 1: Драйверы шаговых двигателей

Устройство Описание
DRV8813 2.5А Возможность регулировки силы тока 4-мя возможными значениями, интерфейс управления активацией фаз (PH/EN).
DRV8825 2.5А Поддерживает микрошаговый режим работы с разрешением до 32 шагов, наличие внутреннего индексатора.
DRV8829 Возможность регулировки силы тока 32-мя возможными значениями, интерфейс управления активацией фаз (PH/EN). Для управления одним биполярным шаговым двигателем 5 А требуется два устройства DRV8829.

Таблица 2: Драйверы щеточных двигателей

Устройство Описание
DRV8814 2.5А Поддерживает два щеточных двигателя постоянного тока 2.5 А с защитой от пусковых бросков тока и интерфейсом управления активацией фаз (PH/EN).
DRV8840 Защита от пусковых бросков тока и интерфейс управления активацией фаз (PH/EN).

DRV8841, DRV8842, DRV8843 могут работать как с шаговыми, так и с щеточными двигателями.

Таблица 3: Драйверы шаговых/щеточных двигателей

Устройство Описание
DRV8841 2.5А Поддерживает один биполярный шаговый двигатель 2.5 А или два щеточных двигателя постоянного тока 2.5 А. Имеет четыре уровня регулировки силы тока, защиту от пусковых бросков тока и тормоз с поддержкой интерфейса управления ШИМ.
DRV8842 Поддерживает один щеточный двигатель постоянного тока 5 А. Два устройства DRV8842 также могут использоваться для управления одним биполярным шаговым двигателем 5 А. Привод включает 32 уровня регулировки силы тока, защиту от пусковых бросков тока и тормоз с поддержкой интерфейса управления ШИМ.
DRV8843 2.5А Поддерживает один биполярный шаговый двигатель 2.5 А или два щеточных двигателя постоянного тока 2.5 А. Имеет четыре уровня регулировки силы тока, защиту от пусковых бросков тока, тормоз с поддержкой интерфейса управления ШИМ и режим движения по инерции.

Основные особенности:

  • До 256 шагов/оборот;
  • Диапазон напряжение 8.2В — 45В;
  • Выходной ток до 5А;
  • Внутренний стабилизатор на 3.3В;
  • Улучшенные механизмы защиты;

Области применения:

  • Принтеры;
  • Банкоматы;
  • Медицинское оборудование;
  • Камеры наблюдения;
  • Робототехника;
  • Устройства промышленной автоматизации;

Дополнительная информация:

Добавить комментарий