Существуют различные микросхемы привода для микрошаговых двигателей, такие как DIO5833, HR8833, SGM42633, drv8833 и другие. В этой статье мы расскажем о принципах работы и использовании этих микросхем.
Схематическая диаграмма
Все эти микросхемы являются двойными микросхемами управления двигателем с H-мостом, способными управлять двумя двигателями постоянного тока или одним шаговым двигателем, как показано на схеме ниже:
Блок-схема
Как показано на блок-схеме ниже, очевидно, что имеется два H-моста, каждый из которых соответствует схеме драйвера и схеме защиты от перегрузки по току. Кроме того, они интегрируют внутреннюю схему напряжения насоса для управления MOSFET высокого уровня. Эти два H-моста могут быть соединены параллельно для управления высокотоковыми двигателями постоянного тока. Эти микросхемы включают в себя различные функции защиты для обеспечения безопасности системы в случае неисправностей, в том числе блокировку пониженного напряжения (UVLO), защиту от перегрузки по току (OCP) и тепловое отключение (TSD).
Управление H-мостом
В таблице ниже приведены характеристики выходного сигнала H-моста при различных входных логических сигналах.
Рассмотрев описанные ниже пути тока, становится ясно, как изменение направления тока катушки обеспечивает прямое и обратное движение. Быстрое затухание/медленное затухание используется для решения проблемы свободного хода индуктивных катушек при остановке привода. Быстрое затухание позволяет току затухать через диод корпуса MOSFET, что приводит к быстрому падению тока, в то время как медленное затухание использует оба MOSFET в режиме низкоуровневой проводимости, снижая сопротивление контура и вызывая более медленное снижение тока. Быстрое затухание обеспечивает быстрое затухание тока с медленными изменениями скорости, подобно «движению накатом», в то время как медленное затухание обеспечивает медленное затухание тока с быстрыми изменениями скорости, подобно «торможению».
Текущая корректировка
Каждый H-мост имеет резистор для измерения тока, и когда падение напряжения на резисторе достигает 200 мВ (т. е. напряжение на выводе xISEN VTRIP), внутренний компаратор инвертирует свой выход, отключая выход. Через некоторое время, когда напряжение на выводе xISEN падает ниже VTRIP, а состояние входа остается неизменным, выход снова включается. Этот цикл повторяется, ограничивая ток в катушке (обмотке) до фиксированного значения. Регулировка тока так же проста, как настройка резистора xISEN. Для двигателей постоянного тока это в первую очередь необходимо для ограничения пускового и остановного токов (слишком медленных или слишком быстрых). Для шаговых двигателей он используется после каждого импульса возбуждения в связи с присущими шаговым двигателям свойствами. Поэтому для шаговых двигателей этот резистор можно настроить для управления током, причем более высокий ток создает более сильное магнитное поле, ограниченное максимальным током катушки.
Для шаговых двигателей выходной сигнал привода всегда напоминает форму волны, схожую с ШИМ, чтобы поддерживать выходной ток ниже заданного значения, как показано на схеме ниже:
Защита от перегрузки по току (OCP)
Защита от перегрузки по току означает, что схема обнаруживает состояние перегрузки по току в H-мосте и отключает его для защиты. Одновременно вывод nFAULT выдает низкий сигнал, указывающий на неисправность. Очень важно отличать это от описанного выше управления током. Это совершенно разные вещи, но в некоторых статьях их часто путают, неправильно утверждая, что когда напряжение на выводе xISEN достигает VTRIP, вывод nFAULT изменяется. Это неверно.
Термическое отключение (TSD)
Это просто: когда температура превышает определенный порог, устройство переходит в это состояние, и nFAULT выдает низкий сигнал. После того, как температура снижается до определенного уровня, нормальная работа возобновляется. При разработке программного обеспечения или аппаратного обеспечения важно предотвратить эту проблему, изменив логику управления или внедрив более эффективные методы отвода тепла.
Блокировка пониженного напряжения (UVLO)
Когда напряжение питания VM опускается ниже порога блокировки, все цепи отключаются, а вся внутренняя логика сбрасывается. Одновременно с этим nFAULT выдает низкий сигнал. Нормальная работа может быть возобновлена после восстановления напряжения.
Дизайн и макет
При проектировании микросхемы размещайте цепь питания с левой стороны, а логические входы — с правой, чтобы обеспечить оптимальную производительность.
