Schrittmotortreiberschaltung

Technisch gesehen ist die Schrittmotortreiberschaltung eine Dekaden-Binärzählerschaltung. Der Vorteil dieser Schaltung ist, dass sie zum Antreiben von Schrittmotoren mit 2-10 Schritten verwendet werden kann. Bevor wir fortfahren, wollen wir mehr über die Grundlagen des Schrittmotors diskutieren.

Der Name dieses Motors wird so angegeben, weil die Drehung der Welle in Stufenform erfolgt, die sich von Gleichstrom oder einem anderen Motor unterscheidet. Bei anderen Motoren sind die Drehzahl und der Stoppwinkel nur dann vollständig steuerbar, wenn die erforderliche Schaltung eingefügt ist. Diese Nichtsteuerung ist aufgrund des Trägheitsmoments vorhanden, bei dem es sich lediglich um ein Zeichen handelt, das auf Befehl unverzüglich gestartet und gestoppt werden kann. Stellen Sie sich einen Gleichstrommotor vor, der nach seiner Stromversorgung langsam ansteigt, bis er die Nenndrehzahl erreicht. Wenn nun der Motor belastet wird, nimmt die Drehzahl über die Nennleistung ab, und wenn die Last weiter erhöht wird, nimmt die Drehzahl weiter ab. Wenn nun die Stromversorgung ausgeschaltet wird, kommt der Motor nicht sofort zum Stillstand, da er ein Trägheitsmoment aufweist. Er stoppt langsam. Betrachten Sie nun, dass dies bei einem Drucker der Fall ist und der Papierausfluss nicht rechtzeitig stoppt.Wir verlieren jedes Mal Papier, wenn wir starten und stoppen. Wir müssen warten, bis der Motor die Drehzahl erreicht hat und das Papier rechtzeitig verloren geht. Dies ist für die meisten Steuerungssysteme nicht akzeptabel. Um diese Art von Problemen zu lösen, verwenden wir Schrittmotoren.

Der Schrittmotor arbeitet nicht mit konstanter Versorgung. Es kann nur an gesteuerten und geordneten Leistungsimpulsen gearbeitet werden. Bevor wir weitermachen, müssen wir über UNIPOLAR- und BIPOLAR-Schrittmotoren sprechen. Wie in der Abbildung in einem UNIPOLAR-Schrittmotor gezeigt, können wir das Mittenabgriff beider Phasenwicklungen für eine gemeinsame Masse oder für eine gemeinsame Leistung verwenden. Im ersten Fall können wir Schwarz und Weiß als gemeinsame Grundlage oder Macht nehmen. Im Fall 2 ist Schwarz für eine gemeinsame nehmen. In Fall 3 Orange, Schwarz, Rot, Gelb kommen alle zusammen, um eine gemeinsame Basis oder Kraft zu haben.

Im BIPOLAR-Schrittmotor haben wir Phasenenden und keine Mittelabgriffe und daher nur vier Anschlüsse. Der Antrieb dieses Schrittmotortyps ist unterschiedlich und komplex, und auch die Ansteuerschaltung kann ohne einen Mikrocontroller nicht einfach ausgelegt werden.

Die hier entworfene Schaltung kann nur für Schrittmotoren vom Typ UNIPOLAR verwendet werden.

Das Leistungsimpulsieren des UNIPOLAR-Schrittmotors wird in der Schaltungserklärung erläutert.

Schaltungskomponenten

• +9 bis +12 Versorgungsspannung
• 555 IC
• 1KΩ, 2K2Ω Widerstände
• 220KΩ Topf oder variabler Widerstand
• 1µF Kondensator, 100µF Kondensator (nicht obligatorisch, parallel zur Stromversorgung geschaltet)
• 2N3904 oder 2N2222 (Anzahl der Teile hängt von der Art des Steppers ab, wenn es sich um eine 2-stufige handelt, benötigen wir 2, wenn es sich um eine 4-stufige handelt, benötigen wir vier)
• 1N4007 (Anzahl der Dioden entspricht Anzahl der Transistoren)
• CD4017 IC,.

Schaltplan und Erklärung des Schrittmotortreibers

Die Abbildung zeigt den Schaltplan eines zweistufigen Schrittmotortreibers. Wie im Schaltplan gezeigt, soll die Schaltung 555 hier einen Takt oder die Rechteckwelle erzeugen. Die Frequenz der Takterzeugung kann in diesem Fall nicht konstant gehalten werden, daher müssen wir eine variable Drehzahl für den Schrittmotor erhalten. Um diese variable Geschwindigkeit ein Topf oder ein voreingestellter in Reihe mit 1K - Widerstand im Zweig zwischen 6 stimuliert wird ^th und 7 - ^ten Nadel. Wenn der Topf variiert wird, ändert sich der Widerstand im Zweig und damit die von 555 erzeugte Taktfrequenz.

In der Abbildung ist nur die dritte Formel wichtig. Sie können sehen, dass die Frequenz in umgekehrter Beziehung zu R2 steht (was 1K + 220k POT in der Schaltung ist). Wenn also R2 zunimmt, nimmt die Frequenz ab. Wenn also der Topf eingestellt wird, um den Widerstand im Zweig zu erhöhen, nimmt die Taktfrequenz ab.

Die vom 555-Timer erzeugte Uhr wird dem DECADE BINARY-Zähler zugeführt. Jetzt zählt der Dekaden-Binärzähler die Anzahl der Impulse, die am Takt eingespeist werden, und lässt den entsprechenden Pin-Ausgang hoch gehen. Wenn beispielsweise die Ereignisanzahl 2 ist, ist der Q1-Pin des Zählers hoch, und wenn 6 gezählt wird, ist der Pin Q5 hoch. Dies ähnelt dem Binärzähler, jedoch erfolgt die Zählung in Dezimalzahl (dh 1 2 3 4 __ 9). Wenn also die Zählung sieben beträgt, ist nur der Q6-Pin hoch. Im Binärzähler Q0 sind die Pins Q1 und Q2 (1 + 2 + 4) hoch. Diese Ausgänge werden dem Transistor zugeführt, um den Schrittmotor ordnungsgemäß anzutreiben.

In der Abbildung sehen wir eine vierstufige Schrittmotortreiberschaltung, die der zweistufigen sehr ähnlich ist. In dieser Schaltung kann beobachtet werden, dass der zuvor mit Q2 verbundene RESET jetzt zu Q4 bewegt wird und die geöffneten Q2- und Q3-Pins mit zwei weiteren Transistoren verbunden werden, um einen Vierimpuls-Antriebssatz zum Betreiben des vierstufigen Schrittmotors zu erhalten. Es ist also klar, dass wir bis zu zehn Stufen-Schrittmotoren antreiben können. Man sollte jedoch den RESET-Pin nach oben bewegen, um in die Treibertransistoren zu passen.

Die hier platzierten Dioden sollen die Transistoren vor induktiven Spitzen der Schrittmotorwicklung schützen. Wenn diese nicht platziert werden, besteht die Gefahr, dass die Transistoren durchgebrannt werden. Je höher die Frequenz der Impulse ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie ohne Dioden explodieren.

Arbeitsweise des Schrittmotortreibers

Zum besseren Verständnis der Stufendrehung des Schrittmotors betrachten wir einen vierstufigen Schrittmotor, wie in der Abbildung gezeigt.

Betrachten Sie nun zum Beispiel, dass alle Spulen gleichzeitig magnetisiert sind. Der Rotor erfährt von allen Seiten gleich große Kräfte und bewegt sich daher nicht. Weil alle gleich groß sind und die entgegengesetzte Richtung ausdrücken. Wenn nun die Spule D nur magnetisiert ist, erfahren die Zähne 1 am Rotor eine Anziehungskraft in Richtung + D und die Zähne 5 des Rotors erfahren eine Abstoßungskraft gegenüber –D. Diese beiden Kräfte stellen eine additive Kraft im Uhrzeigersinn dar. Der Rotor bewegt sich also, um einen Schritt abzuschließen. Danach stoppt es, damit die nächste Spule erregt wird, um den nächsten Schritt abzuschließen. Dies geht so lange weiter, bis die vier Schritte abgeschlossen sind. Damit sich der Rotor drehen kann, muss dieser Impulszyklus fortgesetzt werden.

Wie zuvor erläutert, wird die Voreinstellung für eine bestimmte Impulsfrequenz auf einen Wert eingestellt. Dieser Takt wird dem Dekadenzähler zugeführt, um regelmäßige Ausgaben von ihm zu erhalten. Die Ausgänge des Dekadenzählers werden an Transistoren gegeben, um die Hochleistungsspulen des Schrittmotors in sequentieller Reihenfolge anzutreiben. Der schwierige Teil ist, dass der Schrittmotor nach Abschluss einer Sequenz, z. B. 1, 2, 3, 4, vier Schritte ausführt und bereit ist, erneut zu starten. Der Zähler hat jedoch eine Kapazität von 10 und läuft ohne Unterbrechung weiter. In diesem Fall muss der Schrittmotor warten, bis der Zähler seinen Zyklus von 10 beendet hat, was nicht akzeptabel ist. Dies wird durch Verbinden von RESET mit Q4 geregelt. Wenn der Zähler fünf Zählungen durchführt, setzt er sich selbst zurück und beginnt bei eins. Dadurch wird die Schrittfolge gestartet.

Auf diese Weise tritt der Stepper kontinuierlich weiter und die Rotation erfolgt. Für eine zweistufige Stufe muss der RESET-Pin mit Q2 verbunden sein, damit sich der Zähler im dritten Impuls zurücksetzt. Auf diese Weise kann die Schaltung so eingestellt werden, dass ein Schrittmotor mit zehn Schritten angetrieben wird.