Выбор драйвера для шагового двигателя MT-1703HD200AW. Сравнение между DRV8825 и А4988



Драйвер — это посредник между шаговым двигателем (ШД) и источником управляющих воздействий. С его помощью производится управление ЩД с возможностью точного позиционирования вала ШД. Основная задача драйвера в том, чтобы в зависимости от входного сигнала подавать соответствующее напряжение на обмотки шагового двигателя. [1]

Задача состоит в экспериментальном определении наиболее оптимального драйвера для ШД MT-1703HD200AW. Необходимо, определить граничные частоты, при которых происходит плавный, стабильный запуск и вращение ШД, а также частоты срыва, на которых двигатель перестает, вращаться стабильно. Граничные частоты являются рекомендованными для создания устройств на базе данных ШД и драйвера.

Управление ШД осуществляется через входы драйвера «ENABLE», «MS1», «MS2», «MS3», «STEP» и «DIR».

– ENABLE — отвечает за включение драйвера;

– «MS1», «MS2», «MS3» — отвечают за переключения микрошаговых режимов.

– DIR — отвечает за направление вращения ШД;

– STEP — отвечает за прием импульсов вращения.

Тип шагового двигателя является самым важным фактором при выборе драйвера шагового двигателя. В нашем исследовании будем использовать биполярный шаговый двигатель MT-1703HD200AW.

Стоит обратить внимание на силу тока, которую может обеспечить драйвер. Нужно выбирать драйвер, который будет обеспечивать ток, не меньше тока фазы выбранного шагового двигателя. [2]

Напряжение питания влияет на динамику, вибрации, нагрев двигателя и драйвера.

Наличие микрошаговых режимов обеспечивает плавность работы ШД на малых оборотах и высокую разрешающую способность угла позиционирования. Использование режима микрошага уменьшает резонансный эффект ШД. При возникновении, которого ШД начинает вибрировать и терять крутящий момент, вплоть до полной остановки вала.

Для данной работы были выбраны два драйвера DRV8825 и А4988. Драйвер А4988 создан компанией Allegro, а драйвер DRV8825 создан компанией TI (Texas Instruments Inc.). Расположение выводов и интерфейс этих модулей практически совпадают. Что позволяет производить замену драйверов в устройствах без изменения разводки платы, но с возможным редактированием программного кода управления.

Рис. 1. Драйвер шагового двигателя А4988 и DRV8825

Основные отличия между драйверами DRV8825 и A4988:

У драйвера DRV8825 есть выход FAULT, а у драйвера А4988 он отсутствует. FAULT — выход сигнализации срабатывания защиты. На данном выходе сигнал логического «0» обозначает что, полевые транзисторы Н-моста были отключены в результате защиты от перегрузки по току или из-за перегрева.

Вывод SLEEP на DRV8825 не подтянут к питанию по умолчанию, как на A4988, но он соединён на плате с выводом FAULT через 10k резистор.

Различное расположение потенциометра, регулирующего предельный ток. Разное отношение предельного тока к опорному напряжению.

Драйвер на DRV8825 поддерживает 1/32-шаг в микрошаговом режиме. У A4988 максимум 1/16-шага. Вход 1/16-шагового режима на А4988 соответствует 1/32-шаговому на DRV8825. Остальные режимы переключения драйверов совпадаю.

DRV8825 поддерживает более высокое напряжение питания 8,2..45В, а A4988 8…35В. Это означает, что драйвер DRV8825 безопаснее при работе с высоким напряжением и менее восприимчив к индуктивно-ёмкостным скачкам напряжения.

Драйвер DRV8825 обеспечивает ток до 1,5А на фазу без радиатора, а А4988 1А.

Драйвер А4988 дешевле драйвера DRV8825.

В таблице — 1 и 2, при напряжении питания драйвера 4,5В, разгоняем ШД плавно от стабильного запуска и до частоты срыва, для различных микрошагов. Определили предельное значение частоты, при которой ШД стабильно запускается.

Таблица 1

Частоты запуска исрыва ШД сдрайвером А4988

Назначение микрошага	Оптимальная частота плавного перехода при 4.5 В		Предельное значение запуска ШД
	запуск	предел
Полный шаг	850 Гц / 255 об/мин	9000 Гц / 2700 об/мин	1000 Гц
Половина шага	1500 Гц / 450 об/мин	2560 Гц / 768 об/мин	2500 Гц
Четверть шага	3050 Гц / 915 об/мин	31500 Гц / 9450 об/мин	4500 Гц
Одна восьмая шага	6200 Гц / 1 860 об/мин	91100 Гц / 27330 об/мин	7900 Гц
Одна шестнадцатая шага	12500 Гц / 3750 об/мин	192300 Гц / 57690 об/мин	15300 Гц

Таблица 2

Частоты запуска исрыва ШД сдрайвером DRV8825

Назначение микрошага	Оптимальная частота плавного перехода при 4.5 В		Предельное значение запуска ШД
	запуск	предел
Полный шаг	700 Гц / 210 об/мин	1780 Гц / 534 об/мин	1300 Гц
Половина шага	1200 Гц / 180 об/мин	10400 Гц / 1560 об/мин	2800 Гц
Четверть шага	2600 Гц / 195 об/мин	67000 Гц / 5025 об/мин	5700 Гц
Одна восьмая шага	5100 Гц / 191,25 об/мин	93000 Гц / 3100 об/мин	13400 Гц
Одна шестнадцатая шага	10500 Гц / 196,875 об/мин	389000 Гц / 7293,75 об/мин	26700 Гц
Одна тридцать вторая шага	19000 Гц / 178,125 об/мин	463000 Гц / 4340,625 об/мин	55000 Гц

Из таблицы 1 и 2 видно, что драйвер А4988 начинает работать стабильно при меньших значениях частот, чем драйвер DRV8825, но частота срыва у драйвера DRV8825 значительно больше при шаге 1/8 и 1/16, что делает драйвер DRV8825 более привлекательным при работе ШД MT-1703HD200AW на малых оборотах.

Литература:

1. Пушкарев, О. «Первый шаг» шагового двигателя / О. Пушкарев //Современная электроника. — 2004. — № 1. — С. 46–47.
2. Вычужанин, В. Управление шаговым электродвигателем с помощью ПЛИС / В. Вычужанин // Компоненты и технологии. — 2004. –№ 3. — С. 96–98.