LMD18200 folytatás

A tápegység hidegítésnél hagytam abba legutóbb. Fontos dolog, gyanúm szerint a kollega ennek hiányába sütött ki egy 9A 76V-os tápot (100eFt + 35 napot vártunk a garis javításra, oltári égés volt).

Áram korlátozás:
Az eszköz beépített túláram védelemmel van ellátva. Meghibásodás esetén (pl megszorul a motor) kb 10 ampernél lekapcsolja a végfokokat. Ez eddig jó, de valamiért úgy tervezték meg az IC-t, hogy periodikusan megpróbáljon visszakapcsolni. Majdan 10A-nél újra lekapcsolni. Ilyenkor az áram változási sebességének csak a tápegység és a motor induktanciája szab határt. Továbbá túlmelegedés is előállhat.
Ha a kapcsokon egy az egyben rövidzár van a hajtáson 15A is átfolyhat. Ezáltal kb 500W diszcipáló képességű hűtés kell az eszközre, különben tönkremegy. Ajánlatos a Vcc láb környékén 1 inch^2 rézfelületet hagyni.


Charge Pump:
A DMOS tranzisztorok nyitásához Vcc+8V szükséges. Ennek előállításához beépített Charge Pumppal látták el az IC-t.
A működési elve az, hogy egy kapacitást föld és Vcc köt és feltölti, majd átkapcsolja Vcc-re és a DMOS bázisára. Ezt 300kHz-es belső órajellel teszi a töltő áram felfutása kb 20us, ami max 1kHz-es kapcsolási időt tesz lehetővé. Ahhoz, hogy ennél nagyobb kapcsolási sebességet érjünk el, egy külső bootstrap kondenzátort kell kapcsolni az eszköz megfelelő kapcsaira. Egy 10nF -es kondenzátorral akár 500kHz-es kapcsolási frekvenciát is el lehet érni.

Védő diódák:
Folyt köv.

LMD18200

A National Semiconductor LMD18200 H-Hídját 3A folyamatos áramra tervezték maximum 55V mellett. Shoot-through nélküli hajtást biztosít és RDSon~=0.33R-t ígérnek (természetesen Tj=Ta=25fokC mellett, mivel ettől bizonyosat el fog térni a TJ-ezért a 0.6R vonatkozik inkább rá, de akár a többszöröse is lehet...). Ellátták current sense (337uA/A 10%) kimenettel és hővédelemmel (145 foknál jelez majd 170foknál lekapcsolja a végfokot). Beépített védődiódája van és rövidzár védelme.
Működési diagramja az alábbi ábrán látható (kattints a képre a jobb felbontáshoz):
(A kép az adatlapból származik.)

Alacsony az áramfelvétele (10..20mA) és TTL/CMOS szint kompatibilis de bírja a 12V-ot is. A minimum impulzus szélesség 1us, ehhez adódik még hozzá: TdOn=300ns + TOn=100ns + TDoff=200ns + Toff=75ns == 675ns. Tehát maximum ~500kHz-vel lehet kapcsolásra bírni 3A mellett.

Fékezés:
A fékezést a Break input (pin 4) logikai magas szintre húzásával kezdhetjük meg. Három lehetséges módja van a fékezésnek. Ha a PWM bemenetet nem alacsony szinten tartjuk a motor szabadon futva áll le. Magas PWM szint és magas DIRECTION szint mellett mindkét kimenet source tranzisztora bekapcsolt. Magas PWM de alacsony DIRECTION mellett mindkét kimenet nyelő tranzisztora a bekapcsolt.

PWM jelek:
Az eszköz alapvetően kétféle PWM vezérlést fogad:

1. Az irányt a PWM adja: a PWM bemenetet logikai 1-re kötjük és a PWM jelet a DIRECTION lábon visszük be. Így elérhetjük, hogy a PWM jel 50% kitöltése a tekercsen 0 áramot hajtson (átlag). Míg az 50%-nál alacsonyabb kitöltésű jel az egyik, a magasabb a másik irányba hajtja át az áramot a tekercsen
2. Irány + Amplitúdó vezérlés: a DIRECTION lábon adjuk be az irányt, míg a PWM jelet a PWM bemenetre kötve adjuk meg az áram nagyságát (magasabb kitöltés nagyobb áram, alacsonyabb kitöltés kisebb áram).

Az adatlap azt ajánlja, hogy a DIRECTION, BREAK és PWM bemeneti jelek fel és lefutó élei között lehetőség szerint hagyjunk legalább 500ns-1us időt letelni.

A current sens láb használata:
A kimenet érzékenysége 377uA/A. Az adatlap azt ajánlja, hogy a 8-as láb és a közös pont között ne legyen 8V-nál nagyobb feszültség. Rsense=4,42kR...7,73kR
A kimenet linearitása és pontossága 6%..10% közötti.
Az adatlap továbbá felhívja a figyelmet, hogy a "free-wheeling" áramokat nem veszi figyelembe a sense kimenet (csak a felső forrás tranzisztorok áramait).

A Thermal Waring Flag:
Open-collector kimenetű, max 12V-ot ad ki.

Bypassing:
A kapcsoló üzem nagy tranziensekkel jár ezért a tápvonalról a nagyfrekvenciás tranzienseket hidegítő kondenzátorral (nagyfrekvenciás kerámia [MLCC nagyon jó ilyenre]) a közöspontra kell vezetnünk. 40V-nál magasabb tápfeszültség esetén az adatlap tranziens suppressor dióda használatát ajánlja (600W-ra). A kondenzátorokat 1uF...100uF méretűnek ajánlja kihajtott amperenként a tekercsekben gerjedő visszáramok miatt.


Folyt.köv.

Lépetőmotor nyomatékát befolyásoló tényezők

A meghajtás módja:
A léptetőmotorok tekercseit kétféle módon lehet gerjeszteni:
1. Állandó feszültséggel: L/R meghajtásnak is nevezik. A motor tekercseire konstans pozitív vagy negatív feszültséget adunk a kívánt lépés eléréséhez. A motor nyomatéka nem a feszültségtől, hanem a tekercseiben folyó áram nagyságától függ, ami viszont a tekercs ellenállásától és a rákapcsolt feszültség nagyságától. Az Ohm törvény alapján: I=U/R a maximum áram. Az áram viszont tekercsen késik, a feszültség ugrásszerű növekedését csak a di/dt = U/L arányban képes követni. Ezért egy bizonyos sebességen túl nem tud a teljes térerősség felépülni.
2. Állandó árammal (chopperelt meghajtóval): a motor kapcsira nagyobb feszültséget helyezünk a névlegesnél (a tekercset a teljesítmény melegíti, ami a t=0+ időpontban nagyon alacsony) és figyeljük az átfolyó áramot. A kívánt áram nagyság elérésekor a kör szaggatásával, állásos szabályzóval, szinten tartjuk azt. Így a nagyobb feszültség nagyobb felfutási meredekséget enged a tekercsben folyó áramnak.

Léptetés módja:
1. Teljes lépés (full step) üzemmód: egyszerre egy tekercs mindkét oldalát gerjesztjük. Az állórész ilyenkor a geometria által adott nyugalmi pontjába igyekszik. Csak ebben a módban érhető el a motor teljes névleges nyomatéka.
2. Wave üzemmód: egyszerre egy tekercs egyik pólusát gerjesztjük. Ugyancsak teljes lépésekbe kényszeríti a motort, de a nyomaték jóval kisebb. Nem ajánlott.
3. Half step üzemmód: megduplázza az egy körülforduláson belüli lépéshelyek számát, úgy, hogy a fél-lépéseknél csak egy pólus van gerjesztve. A nyomaték csökken a két teljes lépés közötti állásokban.
4. Microstep üzemmód: tovább osztja a lehetséges lépéstávolságokat. Általában a sin-cos microstep módot értjük alatta, ami a tekercseken szinuszos AC áramot generál, de lehetséges más jelalakkal történő gerjesztés is. A nyomaték csökken a teljes lépéshez képest.

Sebesség:
A léptetőmotorok nagyon érzékenyek a sebességre. A nyomaték görbéjük meredeken (és nem feltétlenül lineárisan) csökken.

Visszatartó erő:
(Angolul: detent torque). Ez az erő rákapcsolt feszültség nélkül mérhető a rotor forgatásakor. Értéke általában 10%, de egy gyártó termékei között is előfordulhatnak 2%-25% értékek. Ezt az erőt le kell küzdenie a motornak a forgatáskor, tehát levonandó a várt nyomatékból.

Súrlódás, holtsáv:
A súrlódást és egyéb mechanikai erőket is le kell küzdenie a motornak a forgatáshoz. Ezáltal gyengítik a motort. Értéküket le kell vonni a várt nyomatékból.
A lépető motoroknál, a sima DC motorokkal ellentétben, nem vesszük észre a terhelés növekedését, legalábbis, nem egyértelműen. A túlterhelés első jele a lépéstévesztés (és folyamatosan nő a pozicionálási hiba is).

Léptető motor előkészület

Néhány alkatrész, ami alkalmas lehet a 12V-os motorhoz.

N-csatornás FET a driveba:
Hatalmas választék van. Nekem, így első blikkre, a BUZ11 -es az egyik legszimpatikusabb:

• - 50V-ot bír 33A, 6V-os vezérlő jelnél akár Id=20A :). De 5V-osnál is több amper.
• - Bemeneti C: 2,1nF
• - Ton~=220ns, szóval gyors is.

Védelmi diódák:
Elsőre majdnem átvert egy 1N4446 adatlap: nem az volt a tartalma, mint a valóság.
- 1N4936:

• 400V-os ismétlődő tüskéket bír
• 30A-es lökésáramot
• 1A folyamatos áramot
• ~1V esik rajta
• Recovery time: 200ns

- BY család 500-600-as tagjai nagy áramot (5-6A) és nagy feszültésget bírnak (500V)

Léptetőmotorok kinyerése

Eljött a pillanat, hogy testközelből kezdjek el vizsgálgatni egy léptetőmotor hajtást. Szerencsére pont találtam a cégnél egy nem működő HP nyomtatót. Szét is bontottuk. Persze volt benne léptetőmotor, kettő is. De nagy meglepetésemre a fejet pl nem léptetőmotor viszi a papír felett, hanem egy sima PM motor. Nézegettem is, hogy akkor mi adja a pozicionálást és találtam egy nagyon szimpatikus fólia csíkot, kis, milis csíkokkal. Opotó inkrementális jeladó. Na, ezt is megtartottam gyorsan, a fejet vezető rúddal együtt.

Éppígy meglepetésemre szolgált az első próbálkozás, amikor egy discmanből próbáltam léptetőmotort kinyerni, hisz arra számítottam, hogy, úgy mint a floppiknál rég, a fejet léptetőmotorral mozgatja, de csalódnom kellett.

De végre itt vagyok, olyan emberként, akinek van két léptetőmotorja is :D Este kezdődhet a prototipizálás!