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[开源硬件]

【每周分享】双极性步进电机评估驱动板设计测试全流程

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本帖最后由 qintian0303 于 2024-6-28 12:12 编辑

#申请原创# @21小跑堂
一、设计灵感来源
       在日常工作中,经常会遇到步进电机在工业自动化、精密定位等领域的广泛使用,每当面对不同品牌、不同供电电压的步进电机时,总是需要一个通用性强、灵活度高的驱动器来支持各种测试需求。这一设计灵感的来源,正是源于对工作实际的深入观察和思考,在多次与不同电机打交道的过程中,发现市场上的驱动器往往存在局限性,无法满足多样化的应用场景,总是需要连接各种的线路或者程序的适配。是否能设计一款能够覆盖多种双极性步进电机情况的驱动板,以简化工作流程,提高工作效率。
       设计一款多功能步进电机驱动板,通过通用性的设计思路,实现不同电压、不同功率电机的灵活接入。
二、需求分析
       通用双极性步进电机评估驱动板目标:
              最好是不需要外部控制信号的;
              最好外部输入只有电源,外部输出只有步进电机;
              可以驱动双极性步进电机;
              宽电压范围;
              控制信号板载可调;
三、概要设计
       通过对上述需求的分析,可以得出:
              接口部分分为输出电源接口和步进电机接口,无须其他控制接口;
              板载可控制信号生成的部分;
              步进电机驱动部分;
四、详细设计
电机驱动部分:
       根据概要设计,我们通过反推的方法一步一步进行具体功能的实现,该板的最后输出是步进电机的驱动信号,所以首先要考虑的是驱动电路,宽电压范围是驱动的一大特征,这个时候MP6500L这么一款功能全面的步进电机驱动器进入了视野。
       MP6500L步进电机驱动器,这款强大的产品,不仅在功能上具有显著优势,而且在设计和应用上都有着广泛的适用性。首先,其独特的电流调节和内置翻译器功能,为双极性步进电机提供了前所未有的优化体验。这种优化不仅体现在空间上,更在成本上实现了显著的节省。
       在物理尺寸上,MP6500L采用了紧凑的QFN-24(5mm x 5mm)封装,可以说在电路板上占用的空间非常的少,对于那些追求高性能但空间有限的应用场景来说,这将是一个巨大的优势。同时,这款驱动器的工作电压范围也非常广泛,从4.5V到35V,无需额外的电压调节器或适配器,使得它能够轻松适应各种电源环境,这一点是非常适合本次设计的方面。
除了基本的性能优势外,MP6500L还具备多重安全保护功能。内部电流传感和调节功能确保了运动的平稳和精确,而过流保护(OCP)、输入过压保护(OVP)、欠压锁定(UVLO)和热关机等功能则进一步保证了驱动器的稳定运行。这些功能不仅提高了产品的可靠性,还降低了因故障导致的潜在风险。
       在步进模式方面,MP6500L支持从全步到八分步的多种模式,这意味着它能够灵活适应各种应用需求。无论是需要高精度控制还是高速度运行的应用场景,MP6500L都能提供理想的解决方案。兼容3.3V和5V逻辑电源,这使得它能够轻松与微控制器或数字信号处理器等控制系统集成。
       在快速启动评估板设计中,MP6500L的几个关键设计要点需要重点关注:
              DIR引脚用于实现电机的正反转控制,如果需要控制可以通过自锁按键切换方向,也可以单一状态,本次选择前者;
              nFAULT引脚实时监测故障状态,一旦出现故障,LED灯将即时显示,方便用户及时发现并解决问题;
              ISET引脚用于限制峰值电流,确保电机在运行时不会因过流而受损,通过串联一个电阻进行设置,Imax=71K/R,目前先按照2A设计,R取值30.5K左右;
              ROSC引脚用于设定PWM关闭时间,这对于精确控制电机的运动至关重要;
              MS2/MS1引脚则用于步进模式的灵活配置,用户可以根据实际需求选择合适的步进模式,MS1和MS2有内部下拉电阻。

              芯片的13脚(STEP)用于转动一次的输出,STEP有一个内部下拉电阻,通过PWM控制,上升触发。
       重点引脚注意点在上述进行了分析,其余参考数据手册简单配置皆可以了,电路部分如下图:

控制信号发生部分:
       本次是一个没有MCU参与的快速启动评估板的设计,所以这里PWM的产生就是下一步的设计要点。进而引出的就是PWM产生部分,这里通过555定时器,并且通过一个可调电位器进行速度控制,电路部分如下图:

       通过按键控制PWM输出,通过电位器调节PWM输出频率,占空比是固定的50%。
DCDC部分:
       555定时器的供电是一个5V系统,这块和MP6500L的逻辑控制部分是一致的,不过电源输入是一个宽电压的,这里就需要使用一个输出电压款的DCDC,这里选用的MP9942进行DCDC转换,主要考虑的就是其宽电压输入:

五、基本特性
通过上面的各部分的组合,我们得到了一个没有MCU参与的双极性步进电机评估驱动板,主要特性如下:
       1、全硬件配置,无软件设计;
       2、按键控制启动、关闭;
       3、具有故障提示功能;
       4、步进电机转速范围内可控;
       5、按键控制步进电机转动方向;
       6、宽电压输出,支持5V~30V电压供电;
       7、简洁的连接,只需要连接电源和步进电机就可以了。
六、实物展示
焊接后如图:

测试连接图如下:

七、基本测试
555定时器输出120Hz,占空比为50%的方波:

驱动芯片任意一个输出引脚(A1或A2或B1或B2):

驱动控制操作示意:


  

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21小跑堂 打赏了 100.00 元 2024-06-27
理由:恭喜通过原创审核!期待您更多的原创作品~

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21小跑堂 2024-6-27 11:16 回复TA
很不错的步进电机驱动板的设计,简洁实用,无需MCU参与,适配性更高,使用更方便。二姨记得驱动芯片发热很厉害,在制板时应该做好散热处理,同时芯片上方加上散热翅片应该会更好 

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沙发
liaoxianghan| | 2024-10-19 16:25 | 只看该作者
有PCB分享么,还有电机链接

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