Технічно схема драйвера крокового двигуна - це схема двійкового лічильника десятиліття. Перевагою цієї схеми є те, що вона може використовуватися для приводу крокових двигунів, що мають 2-10 ступенів. Перш ніж йти далі, давайте обговоримо більше про основи крокового двигуна.
Назва цього двигуна дана так, оскільки обертання вала відбувається поетапно, що відрізняється від постійного або будь-якого іншого двигуна. В інших двигунах швидкість обертання та кут зупинки не контролюються повністю, якщо не вставлена необхідна схема. Ця неконтрольованість присутня через момент інерції, який є просто символом для запуску та зупинки за командою без затримки. Розглянемо двигун постійного струму, як тільки його потужність швидкість двигуна повільно зростає, поки він не вловлює номінальну швидкість. Тепер, якщо на двигун покладене навантаження, швидкість зменшується порівняно з номінальною, а якщо навантаження додатково збільшується, швидкість додатково зменшується. Тепер, якщо живлення вимкнено, двигун не зупиняється відразу, оскільки у нього буде момент інерції, він повільно зупиняється. А тепер розгляньте, що у випадку з принтером відтік паперу не зупиняється вчасно,ми втрачаємо папір кожного разу, коли починаємо і зупиняємось. Нам потрібно почекати, поки двигун набере швидкість, і в належний час папір буде втрачено. Це неприйнятно для більшості систем управління, тому для вирішення такого роду проблем ми використовуємо крокові двигуни.
Кроковий двигун не працює на постійній харчування. Працювати можна лише на керованих та упорядкованих імпульсах живлення. Перш ніж йти далі, нам слід поговорити про крокові двигуни UNIPOLAR та BIPOLAR. Як показано на малюнку в кроковому двигуні UNIPOLAR, ми можемо взяти центральне відведення обох фазних обмоток для загального заземлення або для загальної потужності. У першому випадку ми можемо взяти чорно-біле як спільну основу чи владу. У випадку, якщо 2 чорні - це загальний. У випадку3 помаранчевий чорний червоний жовтий всі об’єднуються для спільної точки зору чи влади.
У кроковому двигуні BIPOLAR у нас є фазні кінчики і відсутні центральні крани, тому у нас буде лише чотири клеми. Привід цього крокового двигуна різний і складний, а також ланцюг приводу не може бути легко спроектований без мікроконтролера.
Схема, яку ми тут розробили, може використовуватися лише для крокових двигунів типу UNIPOLAR.
Пульсація потужності крокового двигуна UNIPOLAR буде розглянута в поясненні схеми.
Компоненти схеми
- Від +9 до +12 напруги живлення
- 555 СК
- Резистори 1KΩ, 2K2Ω
- 220KΩ горщик або змінний резистор
- 1 мкФ конденсатор, 100 мкФ конденсатор (не є обов'язковим, підключений паралельно до живлення)
- 2N3904 або 2N2222 (кількість штук залежить від типу кроку, якщо це 2 ступінь, нам потрібно 2, якщо це чотири ступені, нам потрібні чотири)
- 1N4007 (кількість діодів дорівнює кількості транзисторів)
- CD4017 IC,.
Схема та пояснення драйвера крокового двигуна
На малюнку представлена принципова схема двоступеневого крокового двигуна. Як показано на схемі, схема 555 тут має генерувати годинник або квадратну хвилю. Частоту генерації тактової частоти в цьому випадку не можна підтримувати постійною, тому нам потрібно отримати змінну швидкість для крокового двигуна. Щоб отримати цю змінну швидкість, горщик або пресет налаштовується послідовно з резистором 1K в гілці між 6- м та 7- м виводами. У міру того, як горщик змінюється, опір у гілці змінюється, і, таким чином, частота годинника генерується 555.
На малюнку важливим є лише третя формула. Ви можете бачити, що частота обернена до R2 (це 1K + 220k POT в ланцюзі). Отже, якщо R2 збільшується, частота зменшується. І тому, якщо горщик налаштований на збільшення опору в гілці, частота тактової частоти зменшується.
Годинник, сформований таймером 555, подається на лічильник ДЕСЯТИЛІТЯ Двійковий. Тепер двійковий лічильник десятиліття підраховує кількість імпульсів, поданих на тактові частоти, і дозволяє відповідному виводу виводу піднятися високо. Наприклад, якщо кількість подій дорівнює 2, тоді вивід лічильника Q1 буде високим, а якщо значення 6 - висновок Q5 буде високим. Це схоже на двійковий лічильник, проте підрахунок буде виконуватися в десяткових цифрах (тобто, 1 2 3 4 __ 9), тому, якщо рахунок дорівнює семи, високим буде лише штифт Q6. У двійковому лічильнику Q0, Q1 та Q2 (1 + 2 + 4) висновки будуть високими. Ці виходи подаються на транзистор для впорядкованого керування кроковим двигуном.
На рисунку ми бачимо схему чотириступеневого крокового двигуна, дуже подібну до двоступеневої. У цій схемі можна помітити, що RESET, підключений до Q2, раніше переміщений у Q4, а розімкнуті штирі Q2 та Q3 підключені до інших двох транзисторів, щоб отримати чотири імпульсний приводний привід для роботи чотириступеневого крокового двигуна. Тож зрозуміло, що ми можемо керувати до десятиступеневим кроковим двигуном. Однак слід перемістити штифт RESET вгору, щоб він містився на місці приводних транзисторів.
Розміщені тут діоди мають захищати транзистори від індуктивного спайку обмотки крокового двигуна. Якщо їх не розмістити, можна ризикнути продути транзистори. Чим більше частота імпульсів, тим більше шансів підірватися без діодів.
Працює драйвер крокового двигуна
Для кращого розуміння повороту кроку крокового двигуна ми розглядаємо чотириступеневий кроковий двигун, як показано на малюнку.
Тепер розглянемо, для прикладу, всі котушки намагнічені одночасно. Ротор відчуває сили однакової величини навколо себе, тому він не рухається. Тому що всі мають однакову величину і виражають протилежний напрямок. Тепер, якщо котушка D лише намагнічена, зуби 1 на роторі відчувають силу притягання до + D, а зуби 5 ротора відчувають силу відштовхування, що протистоїть –D, ці дві сили представляють адитивну силу за годинником. Отже, ротор рухається для завершення кроку. Після цього він зупиняється для наступної котушки для активації, щоб завершити наступний крок. Це триває доти, доки чотири кроки не будуть завершені. Для обертання ротора цей цикл імпульсів повинен тривати.
Як пояснювалося раніше, попередньо встановлене значення має певну частоту імпульсів. Цей годинник подається на лічильник декади, щоб отримувати від нього регулярні результати. Виходи з лічильника десятиліття передаються транзисторам для керування потужними котушками крокового двигуна в послідовному порядку. Хитра частина полягає в тому, що після завершення послідовності, скажімо, 1, 2, 3, 4, кроковий двигун виконує чотири кроки, і тому він готовий до запуску заново, однак лічильник має можливість пройти 10, і тому він продовжується без перерви. Якщо це трапляється, кроковий двигун повинен почекати, поки лічильник не завершить свій цикл 10, що є неприйнятним. Це регулюється підключенням RESET до Q4, тому, коли лічильник переходить на п’ять підрахунків, він перезапускається і починається з одного, це запускає послідовність крокових.
Так ось як кроковий крок безперервно ступає, і тому відбувається обертання. Для двоступеневого контакту RESET необхідно підключити Q2, щоб лічильник скинув себе в третьому імпульсі. Таким чином можна відрегулювати схему для приводу десятикрокового крокового двигуна.