Драйвер микрошагового двигателя Microstep DRV8424

[Maestro]

    Шаговые двигатели имеют довольно сложную схему управления, особенно когда требуется работа с точным позиционированием положения ротора, так называемым микрошагом.

Основные параметры блока DRV8424

• управление стандартными сигналами STEP и DIR,
  
• поддержка микрошагов до 1/256,
  
• обеспечивает постоянный ток 2,5 А на фазу (пиковое 4 А),
  
• напряжение питания в диапазоне 4,5 ... 33 В.
  

    В предложениях производителей много комплексных решений для драйверов шаговых двигателей. Одной из последних разработок является микросхема TI, обозначенная DRV8424, внутренняя структура которой показана на рисунке. Она включает в себя полный драйвер шагового двигателя с поддержкой микрошагов до 1/256 и силовой каскад с двумя H-мостами на MOSFET-транзисторах. Он характеризуется низким напряжением насыщения и способен обеспечивать постоянный ток 2,5 А (пиковое значение 4 А) при напряжении питания в диапазоне 4,5 ... 33 В.

    В схему добавлена сигнализация аварийных состояний, таких как перегрев, перегрузка, короткое замыкание и блокировка пониженного напряжения, сигнализируемая на выходе nFAULT. Встроенные системы измерения тока обмоток исключают необходимость использования измерительных резисторов с низким сопротивлением. Простое и типичное применение с использованием сигналов STEP / DIR облегчает использование модуля в электромеханических системах, в частности, в любительской робототехнике, а также во время модернизации, где микрошаговое управление может повысить точность позиционирования.

Схема модуля представлена на рисунке. Применение чипа DRV8424 очень простое, модуль получает питание через разъем PWR с напряжением ВМ в диапазоне 4,5 ... 33 В, выбираемом в зависимости от используемого двигателя. Блок питания развязан конденсаторами CE1, C1 и C2. Важно помнить о соответствующей емкости внешнего фильтра, способного принимать тормозные токи от обмоток в целевом приложении.

Напряжение VCP, необходимое для питания драйвера полевого МОП-транзистора с H-мостом и вспомогательного напряжения DVDD, генерируется из напряжения VM через внутренний преобразователь. Конденсаторы C4 и C5 представляют собой конденсаторы накачки заряда VCP.

Обмотки электродвигателя подключаются к выходам моста U1 через разъемы MA и MB. Делитель R1, R2 определяет опорное напряжение VREF для схемы управления током обмотки. Максимально допустимое напряжение VREF составляет 3,3 В. Ток обмотки определяется по формуле:

Ifs = Vref / 1,32 [A]

При выборе делителя следует учитывать выходной ток Vref примерно 8 мкА. В модели R1 = 27 кОм, R2 = 10 кОм, что устанавливает ток обмотки примерно на 675 мА. При выборе тока следует помнить, что максимально достигаемый реальный ток может быть ограничен допустимой мощностью потерь и температурой конструкции DRV8424.

Сигналы, управляющие работой системы U1, выводятся на разъем IO:

• nSLEEP - низкое состояние переводит систему в спящий режим и сбрасывает ошибки;
  
• EN - высокое состояние активирует выходы схемы;
  
• DIR - определяет направление вращения двигателя;
  
• STEP - ступенчатый импульсный вход, активный с нарастающим фронтом. Максимальная тактовая частота 500 кГц. Максимальное фактическое значение частоты определяется параметрами двигателя и нагрузки;
  
• nFAULT - выход типа OD, сигнализирующий о системной ошибке.
  

Система управления DRV8424 настраивается с помощью перемычек:

• DCY0 / 1 - определение режима управления H-мостом, который влияет на скорость затухания тока обмотки в интеллектуальном / быстром / медленном / смешанном режиме или в режиме управления пульсациями, согласно таблице. Соответствующее управление транзисторами H-моста включает ток в обмотке. затухание в противоточном режиме (Fast - реверс), рециркуляции (Slow - торможение) или смешанном (30/60% Fast);
  
• M0 / M1 - определение режима работы индексатора согласно таблице;
  
• TOFF - определение режима контроля пульсации обмоток.
  

Модуль монтируется на двухсторонней печатной плате, схема которой вместе с расположением элементов представлена на рисунке.

    Проверка схемы после выбора делителя R1, R2, соответствующего номинальному току обмоток двигателя и обеспечения достаточно эффективного источника питания, сводится к установке перемычек DCY0 / 1, M0 / M1, TOFF, определяющих режим работы управления мостом H.

После подачи сигнала STEP от регулируемого прямоугольного генератора сигналов (3,3 ... 5 В) на разъем IO, определения направления вращения DIR, активации схемы путем установки состояния высокого EN и nSLEEP, двигатель должен начать вращаться до тех пор, пока частота сигнала STEP и индексатора настроек не превышает максимальную частоту вращения двигателя.