Circuito de driver de motor de passo

Tecnicamente, o circuito acionador de motor de passo é um circuito contador binário de década. A vantagem desse circuito é que ele pode ser usado para acionar motores de passo com 2 a 10 etapas. Antes de prosseguir, vamos discutir mais sobre os fundamentos do motor de passo.

O nome deste motor é dado assim porque a rotação do eixo é em forma de etapas que é diferente de DC ou de qualquer outro motor. Em outros motores, a velocidade de rotação e o ângulo de parada não estão em controle completo, a menos que o circuito necessário seja inserido. Este não controle está presente por causa do momento de inércia, que é simplesmente um caráter para iniciar e parar no comando sem demora. Considere um motor CC, uma vez que está energizado, a velocidade do motor aumenta lentamente até atingir a velocidade nominal. Agora, se uma carga for colocada no motor, a velocidade diminui em relação à nominal e, se a carga for aumentada, a velocidade diminui ainda mais. Agora se a energia for desligada o motor não para imediatamente, pois terá momento de inércia, ele para lentamente. Agora, considere que este é o caso de uma impressora em que o fluxo de saída de papel não para a tempo,perdemos papel sempre que iniciamos e paramos. Precisamos esperar o motor pegar a velocidade e no devido tempo o papel se perder. Isso é inaceitável para a maioria dos sistemas de controle, portanto, para resolver esse tipo de problema, usamos motores de passo.

O motor de passo não funciona com alimentação constante. Ele só pode ser operado em pulsos de energia controlados e ordenados. Antes de prosseguir, precisamos falar sobre motores de passo UNIPOLAR e BIPOLAR. Conforme mostrado na figura em um motor de passo UNIPOLAR, podemos tomar a derivação central de ambos os enrolamentos de fase para um aterramento comum ou para uma alimentação comum. No primeiro caso, podemos considerar preto e branco como um terreno comum ou poder. No caso de 2 preto é considerado comum. No case3, laranja preto vermelho amarelo todos se reúnem para um terreno ou poder comum.

No motor de passo BIPOLAR teremos extremidades de fase e nenhuma derivação central, portanto teremos apenas quatro terminais. O acionamento deste tipo de motor de passo é diferente e complexo e também o circuito de acionamento não pode ser facilmente projetado sem um microcontrolador.

O circuito que projetamos aqui só pode ser usado para motores de passo do tipo UNIPOLAR.

A pulsação de potência do motor de passo UNIPOLAR será discutida na explicação do circuito.

Componentes de Circuito

• +9 a +12 tensão de alimentação
• 555 IC
• Resistores 1KΩ, 2K2Ω
• Potenciômetro 220KΩ ou resistor variável
• Capacitor de 1 µF, capacitor de 100 µF (não obrigatório, conectado em paralelo à alimentação)
• 2N3904 ou 2N2222 (o número de peças depende do tipo de stepper, se for um estágio 2, precisamos de 2 se for um estágio quatro, precisamos de quatro)
• 1N4007 (o número de diodos é igual ao número de transistores)
• CD4017 IC,.

Diagrama e explicação do circuito do driver do motor de passo

A figura mostra o diagrama de circuito do driver de motor de passo de dois estágios. Agora, conforme mostrado no diagrama de circuito, o circuito 555 aqui é para gerar o relógio ou a onda quadrada. A frequência de geração do relógio, neste caso, não pode ser mantida constante, portanto, precisamos obter velocidade variável para o motor de passo. Para obter essa velocidade variável, um potenciômetro ou um preset é estimulado em série com um resistor de 1K no ramo entre o ^6º e o ^7º pino. À medida que o potenciômetro é variado, a resistência no ramo muda e, portanto, a frequência do relógio gerado por 555.

Na figura, o importante é apenas a terceira fórmula. Você pode ver que a frequência está inversamente relacionada a R2 (que é 1K + 220k POT no circuito). Portanto, se R2 aumenta, a frequência diminui. E assim, se o potenciômetro for ajustado para aumentar a resistência no ramo, a frequência do relógio diminui.

O relógio gerado pelo temporizador 555 é alimentado para o contador DECADE BINARY. Agora, o contador binário de década conta o número de pulsos alimentados no relógio e permite que a saída do pino correspondente seja alta. Por exemplo, se a contagem de eventos for 2, então o pino Q1 do contador será alto e se 6 for a contagem, o pino Q5 estará alto. Isso é semelhante ao contador binário, porém a contagem será em decimal (ou seja, 1 2 3 4 __ 9), portanto, se a contagem for sete, apenas o pino Q6 será alto. No contador binário Q0, os pinos Q1 e Q2 (1 + 2 + 4) estarão altos. Essas saídas são enviadas ao transistor para acionar o motor de passo de maneira ordenada.

Na figura, vemos um circuito acionador de motor de passo de quatro estágios muito semelhante ao de dois estágios. Neste circuito, pode ser observado que o RESET conectado a Q2 antes agora é movido para Q4 e os pinos Q2 e Q3 abertos são conectados a outros dois transistores para obter um conjunto de quatro impulsos para operar o motor de passo de quatro estágios. Portanto, é claro que podemos acionar um motor de passo de dez estágios. No entanto, deve-se mover o pino de RESET para cima para encaixar os transistores de acionamento no lugar.

Os diodos colocados aqui são para proteger os transistores de picos indutivos do enrolamento do motor de passo. Se eles não forem colocados, pode haver o risco de explodir os transistores. Quanto maior a frequência dos pulsos, maior a chance de estouro sem diodos.

Trabalho do driver de motor de passo

Para melhor compreensão da rotação de passo do motor de passo, estamos considerando um motor de passo de quatro estágios, conforme mostrado na figura.

Agora considere, por exemplo, todas as bobinas são magnetizadas de uma vez. O rotor sofre forças de magnitude igual em toda a sua volta e, portanto, não se move. Porque todos são de igual magnitude e expressam direção oposta. Agora, se a bobina D apenas magnetizada, os dentes 1 no rotor experimentam uma força atrativa em direção a + D e os dentes 5 do rotor experimentam uma força repulsiva oposta a –D, essas duas forças representam uma força aditiva no sentido horário. Portanto, o rotor se move para completar uma etapa. Depois disso, ele para para a próxima bobina para energizar para concluir a próxima etapa. Isso continua até que as quatro etapas sejam concluídas. Para que o rotor gire, esse ciclo de pulsação deve estar acontecendo.

Conforme explicado antes, o pré-ajuste é definido com um valor para uma certa frequência de pulsos. Este relógio é alimentado para o contador de década para obter saídas regulares dele. As saídas do contador de décadas são fornecidas aos transistores para acionar as bobinas de alta potência do motor de passo em ordem sequencial. A parte complicada é que, uma vez que uma sequência está completa, digamos 1, 2, 3, 4, o motor de passo completa quatro etapas e, portanto, está pronto para começar novamente, mas o contador tem capacidade para ir para 10 e assim continua sem interrupção. Se isso acontecer, o motor de passo deve esperar até que o contador complete seu ciclo de 10, o que não é aceitável. Isso é regulado conectando-se RESET a Q4, de forma que quando o contador vai para a contagem de cinco ele se reinicia e começa a partir de um, inicia a sequência de passo.

Então é assim que o stepper continua pisando e assim a rotação acontece. Para um estágio de dois estágios, o pino RESET deve ser conectado a Q2 para que o contador se reinicialize no terceiro pulso. Desta forma, pode-se ajustar o circuito para acionar o motor de passo de dez passos.