Sono disponibili vari circuiti integrati di pilotaggio per micromotori passo-passo, come DIO5833, HR8833, SGM42633, drv8833 e molti altri. In questo articolo, introdurremo i principi e l’utilizzo di questi chip.
Schema elettrico
Questi chip sono tutti circuiti integrati di controllo motore a ponte H duali, in grado di pilotare due motori DC o un motore passo-passo, come mostrato nel diagramma sottostante:
Diagramma a blocchi
Come si evince dal diagramma a blocchi sottostante, sono presenti due ponti H, ciascuno dei quali corrisponde a un circuito di pilotaggio e a un circuito di protezione da sovracorrente. Inoltre, integrano un circuito di pompa di tensione interna per pilotare i MOSFET lato alto. Questi due ponti H possono essere collegati in parallelo per pilotare motori DC ad alta corrente. Questi chip incorporano varie funzioni di protezione per salvaguardare il sistema in caso di guasti, tra cui il blocco di sottotensione (UVLO), la protezione da sovracorrente (OCP) e lo spegnimento termico (TSD).
Controllo del ponte H
La tabella sottostante elenca il comportamento in uscita del ponte H in base a diverse logiche di ingresso.
Considerando i percorsi di corrente descritti di seguito, è chiaro come la modifica della direzione della corrente nella bobina realizzi il movimento in avanti e indietro. La decadenza rapida/decadenza lenta viene utilizzata per risolvere il problema del volano delle bobine induttive quando l’azionamento si arresta. La decadenza rapida consente alla corrente di decadere attraverso il diodo del corpo del MOSFET, con conseguente rapida caduta della corrente, mentre la decadenza lenta utilizza entrambi i MOSFET in modalità di conduzione lato basso, riducendo la resistenza del circuito e causando una diminuzione più lenta della corrente. La decadenza rapida fornisce una rapida diminuzione della corrente con variazioni di velocità lente, simile a “deriva,” mentre la decadenza lenta offre una lenta diminuzione della corrente con rapide variazioni di velocità, simile a “frenata.”
Regolazione della corrente
Ogni ponte H ha una resistenza di rilevamento della corrente e quando la caduta di tensione attraverso la resistenza raggiunge i 200 mV (ovvero, la tensione del pin xISEN VTRIP), il comparatore interno inverte la sua uscita, disattivando l’uscita. Dopo un periodo, quando la tensione del pin xISEN scende al di sotto di VTRIP e lo stato di ingresso rimane invariato, l’uscita viene riattivata. Questo ciclo si ripete, limitando la corrente nella bobina (avvolgimento) a un valore fisso. La regolazione della corrente è semplice come configurare la resistenza xISEN. Per i motori DC, questo serve principalmente a limitare le correnti di avviamento e di stallo (troppo lente o troppo veloci). Per i motori passo-passo, viene utilizzato dopo ogni eccitazione di impulso a causa della natura intrinseca dei motori passo-passo. Pertanto, per i motori passo-passo, questa resistenza può essere regolata per controllare la corrente, con una corrente più alta che produce un campo magnetico più forte, limitato dalla corrente massima della bobina.
Per i motori passo-passo, l’uscita di pilotaggio assomiglia sempre a una forma d’onda simile a PWM per mantenere la corrente di uscita al di sotto del valore impostato, come mostrato nel diagramma sottostante:
Protezione da sovracorrente (OCP)
La protezione da sovracorrente si riferisce al circuito che rileva una condizione di sovracorrente nel ponte H, disattivandolo per protezione. Allo stesso tempo, il pin nFAULT emette un segnale basso per indicare un guasto. È fondamentale distinguere questo dal controllo della corrente descritto sopra. Sono questioni completamente diverse, ma spesso confuse in alcuni articoli che affermano erroneamente che quando la tensione del pin xISEN raggiunge VTRIP, il pin nFAULT cambia. Questo è impreciso.
Spegnimento termico (TSD)
Questo è semplice: quando la temperatura supera una certa soglia, il dispositivo entra in questo stato e nFAULT emette un segnale basso. Dopo che la temperatura scende a un certo livello, il funzionamento normale riprende. Quando si progetta software o hardware, è importante prevenire questo problema modificando la logica di controllo o implementando metodi migliori di dissipazione del calore.
Blocco di sottotensione (UVLO)
Quando la tensione di alimentazione VM scende al di sotto della soglia di blocco, tutti i circuiti si spengono e tutta la logica interna viene reimpostata. Contemporaneamente, nFAULT emette un segnale basso. Il funzionamento normale può riprendere una volta che la tensione si riprende.
Progettazione e Layout
Quando si progetta il chip, posizionare il circuito di alimentazione sul lato sinistro e gli ingressi logici sul lato destro per prestazioni ottimali.
