Sterownik silnika krokowego DRV8824 45V 1,2A

Specyfikacja

• Napięcie zasilania: 8,2 V - 45 V
• Prąd ciągły za cewkę: 0,75 A
• Maksymalny chwilowy prąd na cewkę: 1,2 A
• Napięcie zasilania części logicznej: 2,5 V - 5,25 V
• Rozdzielczość: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, i 1/32 kroku

Opis

Moduł oparty na sterowniku DRV8824 firmy Texas Instruments, pozwala kontrolować silnik krokowy o maksymalnym poborze prądu do 0,75A na cewkę (przy użyciu chłodzenia do 1,2 A). Zasilany jest napięciem z zakresu od 8,2V do 45V. Przed użyciem zalecamy zapoznanie się z dokumentacją sterownika DRV8824. Poniżej kilka cech głównych produktu:

• Moduł charakteryzuje się prostym interfejsem sterowania krokiem i kierunkiem
• Posiada możliwość pracy w sześciu trybach: pełnego kroku, pół-kroku, 1/4-kroku, 1/8-kroku, 1/16-kroku oraz 1/32-kroku
• Zapewnia kontrolę maksymalnego prądu silnika za pomocą potencjometru, co umożliwia używanie wyższego niż znamionowe napięcia zasilania dla silników krokowych, dzięki temu można uzyskać wyższą prędkość wykonywania kroków
• Silniki można zasilać napięciem od 8,2 V do 45 V
• Maksymalny pobór prądu to 1,2 A ( 0,75 A bez zewnętrznego chłodzenia)
• Dzięki zintegrowanemu regulatorowi napięcia, użytkownik nie musi doprowadzać dodatkowego zasilania części logicznej.
• DRV8824 współpracuje z układami o napięciu części logicznej zarówno 3,3 V jak i 5V.
• Posiada zabezpieczenie przed zbyt wysokim prądem i temperaturą i zwarciem oraz system blokujący start przy zbyt niskim napięciu zasilania
• W celu zwiększania powierzchni oddającej ciepło płytka została wykonana w technologii czterowarstwowej z grubsza pokrywą miedzi 
• Odkryte pole masy od spodu, umożliwiające przylutowanie elementów chłodzących
• Moduł jest zgodny pod  względem rozmiarów i wyprowadzeń z układem opartym na sterowniku A4988

W naszej ofercie znajduje się również wersja DRV8825 dla silników o wyższej mocy. DRV8825 pozwala na pobór prądy do 1,5 A na cewkę (do 2,2 A z dodatkowym chłodzeniem).

Podłączenie sterownika

Aby sterować silnikiem krokowym bipolarnym należy podłączyć układ zgodnie z poniższym rysunkiem. Sterownik pozwala także na pracę z niektórymi silnikami unipolarnymi, szczegóły znajdują sie w instrukcji. 

Sterowanie

Jeden impuls podany na pin STEP powoduje jeden krok silnika w kierunku wybranym poprzez podanie odpowiedniego stanu logicznego na pin DIR. Wyprowadzenia STEP oraz DIR nie są wewnętrznie podciągnięte. Jeśli silnik ma się kręcić tylko w jednym kierunku pin DIR można na stałe podłączyć do VCC lub GND. 

Układ posiada jeszcze trzy wejścia do kontrolowania poboru mocy: RESET SLP i EN,  ich opis znajduję sie w dokumentacji. Należy zwrócić uwagę, że wyprowadzenia te nie są do niczego podłączone. Jeśli nie będą używany do kontrolowania trybów poboru mocy, należy je zewnętrznie podciągnąć do napięcia zasilania (podać stan wysoki - logiczną jedynkę z zakresu 2,2 V do 5,5 V).

Sterownik DRV8824 posiada również wyprowadzenie oznaczone jako FAULT. Stanem niskim (logicznym zerem) sygnalizuje ono pojawienie się nieprawidłowości w pracy układu np. zadziałanie jednego z zabezpieczeń. Na płytce wyprowadzenie zostało połączone z pinem SLEEP, a więc podanie stanu wysokiego na pin SLEEP podciąga do VCC (pull-up) także FAULT. Dzięki zastosowaniu szeregowego rezystora zabezpieczającego wyprowadzanie FAULT można również podłączyć do napięcia VCC, co czyni moduł pin-kompatybilnym z wersja A4988.

Zasilanie

Układ można zasilać napięciem z zakresu 8,2V do 45V podłączanym między piny VMOT (+) i GND (-). Napięcie powinno być filtrowane poprzez zewnętrzny kondensator umieszczony jak najbliżej płytki sterownika. Jego pojemność zależna jest od maksymalnego prądu pobieranego przez silnik.

Rozdzielczość

Sterownik mikrokrokowy taki jak DRV8824 pozwala na pracę silnika z wysoką rozdzielczością do 1/32 kroku. Rozmiar kroku wybierany jest za pomocą wejść MODE1, MODE1 i MODE2 - dostępne tryby zostały pokazane w tabeli poniżej. Domyślnie wszystkie trzy wyprowadzenia ściągnięte są do masy poprzez rezystor (pull-down) 100kΩ. Pozostawienie ich nie podłączonych oznacza więc wybór trybu pracy z  pełnym krokiem. Przykładowo przy użyciu silnika o rozdzielczości 200 kroków na obrót, wybór trybu ¼ kroków oznacza pracę w rozdzielczości 800 pozycji na obrót.

Ograniczenie prądu

Aby zachować wysoką prędkość przełączania kroków, można zastosować wyższe napięcie zasilania silnika niż nominalne. Należy tylko ograniczyć maksymalny prąd (do wartości katalogowej silnika) przepływający przez cewki.

Moduł pozwala na aktywne ograniczenie prądu przy pomocy potencjometru. Jednym ze sposobów wprowadzenia ograniczenia jest ustawienie sterownika w tryb pełnego kroku oraz pomiar prądu przepływającego przez jedną cewkę bez podawania sygnału na wejście STEP. Zmierzony prąd to 70 % ustawionego limitu (obie cewki są zawsze włączone i ograniczone do 70 % w trybie pełnego kroku). 

Innym sposobem jest pomiar napięcia na wyprowadzeniu REF (oznaczonego kółkiem na płytce drukowanej) oraz obliczenie aktualnego limitu (rezystory pomiarowe mają wartość 0.330Ω). Limit prądowy można policzyć ze wzoru: 

Current Limit = VREF * 0,61

Przykładowo, jeśli silnik może pobierać maksymalnie do 0,5 A, to napięcie referencyjne na pinie VREF powinno mieć wartość 0,82 V.

Odprowadzanie ciepła

Płytka została zaprojektowana tak, aby mogła odprowadzić ciepło przy poborze prądu około 0,5A na cewkę. Jeśli prąd będzie znacznie wyższy należy zastosować zewnętrzny radiator, który można zamontować przy pomocy kleju termoprzewodzącego.

Schemat

Układ zawiera niezbędne komponenty pasywne do poprawnego działania sterownika. Schemat połączeń przedstawiony został na rysunki poniżej.

Główne różnice w stosunku do wersji A4888

Moduł DRV8824 został zaprojektowany w taki sposób, aby był kompatybilny z wersją opartą na układzie A4988. Płytki posiadają ten sam kształt, rozmiar i rozkład wyprowadzeń. Jest jednak kilka różnić pomiędzy nimi:
 

• Pin używany jako napięcie zasilania części logicznej A4988 został zastąpiony pinem FAULT, ponieważ DRV8825 nie wymaga dodatkowego zasilania. FAULT został podłączony przez rezystor zabezpieczający, a więc z powodzeniem może być stosowany w system projektowanych dla modułu A4988, gdzie na ten pin będzie podane napięcie zasilania częsci logicznej (2,2V do 5,5V).
   
• W module DRV8824 pin SLEEP nie jest domyślnie podciągnięty (poprzez rezystor pull-up) do zasilania, połączony został z wyprowadzeniem FAULT przez rezystor 10k. W układach projektowanych pod układ A4988, poprzez napięcie zasilania części logicznej podłączonej do FAULT, rezystor 10k podciąga SLEEP do napięcia zasilania, ustawiając stan wysoki.
   
• Potencjometr ograniczający maksymalny prąd dla silników znajduje się w innym miejscu
   
• DRV8824 pozwala na pracę w trybie 1/32 kroku, podczas gdy w A4988 pracował do 1/16 kroku
   
• DRV8824 ma niższą wydajność prądową, ale posiada większy zakres napięcia zasilania do 45 V (A4988 do 35 V), co także czyni go mniej podatnym na krótkie, impulsy elektryczne o wysokiej amplitudzie (tzw. szpilki)
   
• Wyprowadzenia mają różne nazwy, ale spełniają tę samą funkcje