Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Обычно микрошаг составляет от 1/6 до 1/3 нормального шага. Другими словами, применение 10-битного ЦАП не имеет преимущества перед 8-битным. 7.1.5. Управление шаговым двигателем Обмотки биполярного шагового двигателя обычно включаются в мостовую схему питания. На Рис. 7.10 показана схема управления двумя обмотками биполярного двигателя. Эта схема содержит две пары л-канальных и р-канальных МОП-транзисторов на каждую обмотку. Когда на вход А подан ВЫСОКИЙ логический уровень, транзисторы 17Г! и Ъ'ГЗ открыты, и ток течет от положительного полюса источника через УТ1, обмотку двигателя, 17ГЗ на землю.
Когда на входе А — НИЗКИЙ логический уровень, а на входе  — ВЫСОКИЙ, открыты 1гГ2 и 1гТ4, и ток течет через обмотку двигателя в обратном направлении. Принцип питания других обмоток двигателя остается таким же. 216 ° Глава 7. Двигатели Диоды О1... РЗ защищают транзисторы от выхода из строя при бросках ЭДС самоиндукции обмоток двигателя, когда транзисторы переключаются. Вал двигателя будет вращаться при соблюдении точной последовательности подачи импульсов на обмотки. Рис. 7.10. Мостовая схема 7.1.6. Сквозной ток Одна из проблем, с которой встречаются разработчики мостовых схем, — это сквозной ток (йооГ-йговйЬ). Сквозной так возникает, когда верхний и нижний транзисторы одного плеча мостовой схемы открываются одновременно.
В приведенном примере, это транзисторы 171'1 и ЪТ2„или 1Т3 и УТ4. Если транзисторы УГ1 и ЪТ2 откроются одновременно, между положительным потенциалом и землей будет очень низкое сопротивление, практически, короткое замыкание. Это обычно приводит к выходу одного или обоих транзисторов из строя. В мощных схемах результат может быть довольно драматичным и опасным для окружающих: с искрами и разлетающимися корпусами транзисторов. 7.1. Шаговые двигатели ° 217 Сквозной ток, вызванный медленным срабатыванием транзисторов входа входа Выключение транзисторауТ! Включение транзистораутз Перекрытиезтихимпульсов можетпривести ксквозномутоку Предотвращение сквозного тока вход д Вход В Мертвое время должно превышать максимальное время перехода транзисторов из одного состояния а другое Рве.
7.11. Сквозной ток Сквозной ток может быть вызван одновременной подачей высоких потенциалов на входы А и В. Как видно из Рис. 7.11, такой эффект может появиться даже при низком уровне на одном из транзисторов, если другой транзистор медленно выключается. Даже если такое явление не приведет к выходу из строя транзисторов, работа схемы может быть нарушена. Или, хуже того, проблема может проявиться только при высоких тем- пературах, уже в готовом приборе. 218 ° Глава 2 Двигатели Обычный метод избежать сквозных токов — ввести некоторую задержку между выключением одного плеча моста и включением другого.
Задержка должна быть достаточно длительной для гарантированного выключения обоих транзисторов. Однажды мне встретился проект (Рис. 7.12), где цепи управления двигателем были разделены с цепями формирования импульсов запуска при помощи оптической развязки. Недостаток такого подхода в том, что опто- пары характеризуются большим разбросом временных параметров. В реальном устройстве есть только один способ обеспечить работоспособность — это подобрать оптопары вручную. Однако при использовании устройства в широком диапазоне температур, возможно, это и не поможет. Иепряхение питания япгичесхих схем Рис. 7. 12.
Сквозной ток, вызванный задержкой сигнала от оптопары Если запуск мостовой схемы происходит прямо с выходов порта микроконтроллера, следует удостовериться в установлении необходимых логических уровней при включении питания. Дело в том, что пока микроконтроллер не инициализировался, выходные уровни «плавают», т. е. находятся на неопределенном уровне. Протекание сквозного тока может произойти или не произойти в зависимости от того, как («1» или «0»)воспримет логика мостовой схемы эти уровни. Для предотвращения аварии можно поставить нагрузочные резисторы на выход порта. Если же и это не гарантирует запланированного исхода, необходимо добавить логические цепи, задающие необходимые уровни на входе мостовой схемы при включении питания. Не следует подавать питание на мостовую схему, пока управляющий сигнал не определен. Заманчиво, например, считывать состояние гезег 7.
1. Шоговые двигогиееи ° 219 (сброс) микроконтроллера и отключать питание мощной цепи при сбросе прежде, чем что-то сгорит. Зто рискованный метод, поскольку некорректно запрограммированный микроконтроллер может не установить требуемого значения бита порта. При использовании эмулятора для отладки работы микроконтроллера между включением питания и установкой значений бита порта может пройти значительное время. А что случится, если вы подключили питание, но забыли включить эмулятор? Так можно сжечь прототип системы, Поэтому следует уделить особое внимание состоянию системы при включении питания. Сквозной ток может быть вызван и самими транзисторами. На Рис.?.13 показана половина моста, собранная на МОП-транзисторах. МОП-транзисторы характеризуются довольно большой емкостью между затвором и другими выводами (стоком и истоком).
На рисунке эта емкость обозначена символом С между затвором и истоком транзистора ЪТ2 и составляет обычно несколько десятков пикофарад. с ! в — ~» — с~4 — -~ Выходное сопротивление контроллера двигателя Тачка соединения Ит иУТ2 Затвор УТ2 Этот кратковременный импульс, вызванный емкостыа затвор-исток транзистора (С), монет открыть ута мпговенна и стать причиной значительного скаоаюго тапа Рис. 7.13. Сквозной ток, вызванный емкосп ю МОП-транзвстара Если транзистор т)Т1 подключает напряжение питания к одной из обмоток двигателя (на рисунке не показан транзистор, противоположный 'т)Т2, который также включается в этот момент), короткий всплеск напряжения может возникнуть между истоками тгГ1 и тгТ2. Этот импульс напря- 220 ° Глава 7.
Двигатели жения может попасть на затвор УТ2 через емкость С. Если выходное сопротивление цепи запуска УТ2 довольно высокое, то величины этого импульса может оказаться достаточно для открывания УТ2 и возникновения сквозного тока. Напомним, что напряжение питания двигателя может составлять 24, 36 В или более, а для открытия МОП-транзистора достаточно подачи на затвор импульса амплитудой в несколько вольт. И даже если сигнал будет значительно ослаблен, энергии его может хватить для включения УТ2.
Эта проблема может быть устранена снижением выходного сопротивления цепи запуска транзистора. Если между контроллером двигателя и затвором установлен последовательный резистор для ограничения тока, текущего от выхода вентиля к затвору транзистора, сопротивление его должно быть выбрано минимально возможным. Минимизируйте также длину проводников между МОП-транзистором и контроллером двигателя.
7Л.7. Контроль тока Во многих разработках требуется контролировать ток через обмотки двигателя. Обычный метод — включение прецизионного измерительного резистора малой величины в цепи заземления (Ряс. 7.14). Когда двигатель включен, ток через обмотку должен пройти и через резистор на землю. Этот ток формирует на резисторе напряжение, которое может быть усилено схемой на ОУ. Выходной сигнал усилителя подается через АЦП на микропроцессор или может быть просто проконтролирован с помощью компаратора.
с датчика Рис. 7. 14. Контроль тока в мостовой схеме 7, 1. Шаговые двигаители ° 221 Для предотвращения расхода большой мощности, сопротивление резистора обычно выбирается малым — порядка 1 Ом и менее. Даже резистор номиналом 1 Ом будет расходовать 1 Вт мощности при токе 1 А. Этот ватт просто расходуется на бесполезный нагрев. В общем, необходимо насколько возможно уменьшить сопротивление резистора без создания трудностей для считывания показаний.
Как уже упоминалось, фирма 1и!егпа!юпа! Вес!!Вег выпускает ряд МОП-транзисторов, известных как ВЕХБЕГЕТ с дополнительным выводом, через который протекает ток транзистора. Этот вывод может быть использован для контроля тока. Существует ряд интегральных схем для управления щаговыми двигателями. Типичный пример — ИС с6201 фирмы Юбо-777оптрзоп. С помощью Ь6201 можно управлять двигателями при напряжениях до 48 В, развивая в обмотках токи до 5 А. ИС Ь6201 снабжена встроенными диодами гашения импульсов ЭДС самоиндукции и цепью контроля температуры, которая выключает двигатель в случае его перегрева. ИС Ь6201 выпускается в корпусах О1Р, БМТ и Мп!!!мха!!.
Рис. 7.15. ИС 1.620! и !.М ! В200 в корпусе МО!11ьивп 7.1.8. ИС управления двигателем ИС 28201 в 11-выводном двухрядном корпусе Мнвшао , ! ! ЕМАВ!Е 7 !О ЗЕМВЕ 9 ИВЕР 8 ВООТ5ТВАР 2 7 !М2 О б ОМО 5 !й! 4 ВООТ5ТВАР ! з оот! ',г и+ ' ! ООТ2 ИС ЕМОТ 8200 в 11-выводном двукрядном корпусе МОИ!шав х!1 ВООТ5ТВАР2 /!о оотг 9 ТНЕВМА!.В,АО 8 СОВВЕМТВЕМВЕООТРОТ 7 ОМО В Иь 5 Рим ирот 4 ВВАКЕ 1МРОТ 3 О!ВЕСТЮМ !МРОТ 2 ООТ! ' ! ВООТ5ТВАР ! Разрешение Си!пал датчика Опорное напряжение Валькодабавка 2 Вход 2 Земля Вкод ! Всльпщобавкв ! В щ! н+ Вмшд 2 Вольтадабавка 2 Вмкод 2 Приона» перв!рева Нндикамин тшш Земля Иь Вщдп!НМ Вход сипела карможенмя Вход сипела направления вра!шшия Выход ! Волмадабввка 1 222 ° Глава 7. Двигатели Другой пример мостового контроллера шагового двигателя — ИС ГМ1В200 фирмы !та!гона! Вет(сопдисгог.
Эта ИС снабжена индикацией состояния, близкого к перегреву. В отличие от 1.6201, в схеме с ИС 1.М!8200 не требуется устанавливать дополнительный резистор датчика тока. Вместо этого, в 1.М18200 предусмотрен дополнительный вывод для индикации тока в мостовой схеме. Этот вывод (С(3ККЕХТ БЕХЗЕ О()ТР(3Т на Рвс. 7.15) обычно формирует 377 мкА на ампер тока моста. Если обмотка двигателя потребляет ток 2 А, и резистор номиналом 4.99 кОм присоединен между этим выводом и землей, тогда напряжение на резисторе составит: 377 х 10 Вх 2х 4990=376 В.
Сигнал с данного вывода может быть подан прямо на вход АЦП или компаратора. 7.1.9. Управление по методу прерывания Величина вращающего момента щаговых двигателей регулируется током через обмотки. Поскольку обмотка представляет собой индуктивность, прикладываемое напряжение не может резко изменить ток в ней (Рис.
7.16). С ростом тока в катушке, увеличивается и вращающий момент. Так, от приложения напряжения к обмотке до достижения определенного вращающего момента проходит определенное время. Если приложить большее напряжение (Ч2 на Рис. 7.16), заданный вращающий момент будет достигнут быстрее, поскольку ток в катушке растет по экспоненциальному закону. Проблема здесь кроется в том, что окончательный ток через обмотку может оказаться слишком большим. Один из методов более быстрого получения требуемого вращающего момента — подача на обмотку большего напряжения запуска и снятие напряжения с катушки в тот момент, когда ток достигнет заданной величины.
На Рис. 7.17 показана схема прерывателя (сйоррег с(гсшг) для осуществления данного метода. Напряжение (усиленное, если необходимо) с резистора — датчика тока — прикладывается к одному из входов компаратора. На другой вход компаратора подается опорное напряжение, задающее ток обмотки. Генератор прерывателя (сйоррег озсйагог), работающий обычно на частотах 20...200 кГц (в зависимости от характеристик двигателя), устанавливает в рабочее положение по Б входу КБ-триггер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
