Für Mikroschrittmotoren stehen verschiedene Treiber-ICs zur Verfügung, darunter DIO5833, HR8833, SGM42633, drv8833 und weitere. In diesem Artikel stellen wir die Funktionsweise und Verwendung dieser Chips vor.
Schematische Darstellung
Diese Chips sind allesamt Dual-H-Brücken-Motorsteuerungs-ICs, die zwei Gleichstrommotoren oder einen Schrittmotor ansteuern können, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
Blockdiagramm
Wie aus dem folgenden Blockdiagramm ersichtlich ist, gibt es zwei H-Brücken, wobei jede H-Brücke einer Treiberschaltung und einer Überstromschutzschaltung entspricht. Darüber hinaus integrieren sie eine interne Pumpenspannungsschaltung zum Ansteuern von High-Side-MOSFETs. Diese beiden H-Brücken können parallel geschaltet werden, um Hochstrom-Gleichstrommotoren anzusteuern. Diese Chips verfügen über verschiedene Schutzfunktionen, um das System im Falle von Fehlern zu schützen, darunter Unterspannungsabschaltung (UVLO), Überstromschutz (OCP) und thermische Abschaltung (TSD).
H-Brücken-Steuerung
Die folgende Tabelle listet das Ausgangsverhalten der H-Brücke unter verschiedenen Eingangslogiken auf.
Anhand der unten beschriebenen Strompfade wird deutlich, wie durch die Änderung der Spulenstromrichtung Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen erzielt werden. Fast Decay/Slow Decay wird verwendet, um das Problem des Freilaufs induktiver Spulen beim Anhalten des Antriebs zu beheben. Fast Decay ermöglicht einen Stromabfall über die Body-Diode des MOSFET, was zu einem schnellen Stromabfall führt, während Slow Decay beide MOSFETs in einem Low-Side-Leitungsmodus verwendet, wodurch der Schleifenwiderstand verringert und ein langsamerer Stromabfall verursacht wird. Schnelles Abklingen sorgt für einen schnellen Stromabfall bei langsamen Geschwindigkeitsänderungen, ähnlich wie beim „Ausrollen“, während langsames Abklingen einen langsamen Stromabfall bei schnellen Geschwindigkeitsänderungen bewirkt, ähnlich wie beim „Bremsen“.
Aktuelle Anpassung
Jede H-Brücke verfügt über einen Strommesswiderstand. Wenn der Spannungsabfall über dem Widerstand 200 mV erreicht (d. h. die xISEN-Pin-Spannung VTRIP), invertiert der interne Komparator seinen Ausgang und schaltet den Ausgang aus. Nach einer gewissen Zeit, wenn die xISEN-Pin-Spannung unter VTRIP fällt und der Eingangsstatus unverändert bleibt, wird der Ausgang wieder freigegeben. Dieser Zyklus wiederholt sich und begrenzt den Strom in der Spule (Wicklung) auf einen festen Wert. Die Einstellung des Stroms ist so einfach wie die Konfiguration des xISEN-Widerstands. Bei Gleichstrommotoren dient dies in erster Linie dazu, den Anlauf- und Blockierstrom (zu langsam oder zu schnell) zu begrenzen. Bei Schrittmotoren wird er aufgrund der inhärenten Eigenschaften von Schrittmotoren nach jeder Impulsanregung verwendet. Daher kann dieser Widerstand bei Schrittmotoren zur Steuerung des Stroms eingestellt werden, wobei ein höherer Strom ein stärkeres Magnetfeld erzeugt, das durch den maximalen Spulenstrom begrenzt ist.
Bei Schrittmotoren ähnelt die Antriebsleistung immer einer PWM-ähnlichen Wellenform, um den Ausgangsstrom unter dem eingestellten Wert zu halten, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
Überstromschutz (OCP)
Der Überstromschutz bezieht sich darauf, dass der Schaltkreis einen Überstromzustand in der H-Brücke erkennt und diese zum Schutz abschaltet. Gleichzeitig gibt der nFAULT-Pin ein niedriges Signal aus, um einen Fehler anzuzeigen. Es ist wichtig, dies von der oben beschriebenen Stromsteuerung zu unterscheiden. Es handelt sich um zwei völlig unterschiedliche Dinge, die jedoch in einigen Artikeln oft verwechselt werden, in denen fälschlicherweise behauptet wird, dass sich der nFAULT-Pin ändert, wenn die Spannung am xISEN-Pin VTRIP erreicht. Dies ist unrichtig.
Thermische Abschaltung (TSD)
Das ist ganz einfach: Wenn die Temperatur einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, geht das Gerät in diesen Zustand über, und nFAULT gibt ein Low-Signal aus. Nachdem die Temperatur auf ein bestimmtes Niveau gesunken ist, wird der normale Betrieb wieder aufgenommen. Bei der Entwicklung von Software oder Hardware ist es wichtig, dieses Problem durch eine Änderung der Steuerungslogik oder die Implementierung besserer Wärmeableitungsmethoden zu vermeiden.
Unterspannungsabschaltung (UVLO)
Wenn die Versorgungsspannung VM unter den Sperrschwellenwert fällt, werden alle Schaltkreise abgeschaltet und die gesamte interne Logik zurückgesetzt. Gleichzeitig gibt nFAULT ein Low-Signal aus. Der normale Betrieb kann wieder aufgenommen werden, sobald sich die Spannung erholt hat.
Design und Layout
Bei der Entwicklung des Chips sollten Sie den Stromkreis auf der linken Seite und die Logikeingänge auf der rechten Seite platzieren, um eine optimale Leistung zu erzielen.
