Снижение шума в контроллерах шаговых двигателей - РАДИОСХЕМЫ

     интересные РАДИОСХЕМЫ самодельные


» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОБЛОГИ
Освещение с сенсорным управлением над столом
Снижение шума в контроллерах шаговых двигателей
Нагревательная плита из утюга для пайки деталей
Импульсный источник питания для УМЗЧ на 300 Вт
ТМ Электроникс: акционная доставка за 99 рублей
Защита усилителей мощности на микросхемах TDA
Блок питания с литиевым аккумулятором для портативных устройств
Аварийный выключатель для радиоуправляемых моделей

Снижение шума в контроллерах шаговых двигателей

Уровень шума в электродвигателе зависит от типа двигателя, условий окружающей среды и конкретной области применения. Двигатели с постоянными магнитами и гибридные шаговые двигатели обычно тише работают, потому что имеют более равномерное вращение. И наоборот, шаговые двигатели с регулируемым сопротивлением создают самый высокий уровень шума независимо от того, где они используются.

Чтобы лучше понять происхождение этого шума, нужно проанализировать как происходит вращение электродвигателя. Когда шаговый двигатель делает шаг, он не останавливается сразу после его выполнения, а продолжает двигаться вперед, а затем назад по инерции до полной остановки. Такое поведение можно преодолеть, применив соответствующую логику управления в драйвере двигателя. Пока двигатель работает, контроллер дает команду перейти к следующему шагу непосредственно перед остановкой двигателя после предыдущего шага. Это постоянное и регулярное движение двигателя помогает снизить уровень шума и механической вибрации.

Также следует отметить, что каждый шаговый двигатель имеет определенную резонансную частоту, которая обычно находится в диапазоне от 150 до 300 импульсов в секунду. Многие конструкторы стараются избегать этого диапазона рабочих скоростей чтобы минимизировать как шум, так и вибрацию. Также и амортизаторы коленвала - еще одно традиционное решение для снижения вибрации.

Методы снижения шума

Большинство шаговых двигателей управляются с помощью сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который постоянно заставляет электронный H-мост переключаться между включенным и выключенным состояниями, регулируя таким образом ток двигателя. Схемы драйверов, основанные на этой технике, обычно называют импульсными драйверами, потому что они подают постоянный ток на обмотки двигателя в форме импульсов напряжения, за счет использования формы волны ШИМ.

В отличие от метода L / R, который направлен на поддержание постоянного напряжения, подаваемого на обмотки двигателя, прерывание тока имеет то преимущество, что является очень эффективным методом управления, позволяющим создать компактную и экономичную систему с небольшим тепловыделением.

Единственное предостережение заключается в том, что модулированный сигнал, подаваемый на шаговый двигатель, может генерировать звуковые сигналы, особенно если частота ШИМ находится в пределах звукового диапазона. Экспериментально проверить, что данный шаговый двигатель может издавать шум даже в остановленном или удерживающем положении легко. Это явление происходит в основном при частотах переключения ниже 20 кГц. Следовательно, можно сделать вывод что первый метод снижения шума - это увеличение частоты переключения. Большинство драйверов позволяют увеличить частоту коммутации путем изменения номинала внешнего резистора или конденсатора. Эффект заключается в изменении длительности периода сигнала ШИМ.

Но не рекомендуется увеличивать частоту бесконечно. При превышении определенного предела потери переключения также увеличиваются. Подходящее значение частоты переключения может составлять от 30 до 50 кГц. Если этого недостаточно для снижения шума, можно уменьшить ток подаваемый на обмотки двигателя. Чем ниже ток - тем меньше вибрация и, следовательно, меньше шума.

Правда побочным эффектом уменьшения тока является уменьшение и крутящего момента, которое, если оно слишком низкое, может легко привести к потере шагов во время работы. Поскольку двигатель управляется по разомкнутому контуру обратной связи, на него должен подаваться ток достаточный для работы в любых условиях, даже в самых тяжелых. Хорошим компромиссом будет снижение тока в периоды остановки двигателя.

Как правило ток, необходимый двигателю для удержания положения, намного ниже чем ток, необходимый для ускорения или работы двигателя с постоянной скоростью. Практически все драйвера шагового двигателя позволяют установить текущее значение путем изменения аналогового опорного напряжения VREF. Ток срабатывания, ITrip, является функцией внешнего RSENSE резистора и опорного напряжения VREF. Поскольку значение измерительного резистора выбирается один раз при проектировании схемы, оно имеет фиксированное значение, в то время как ITrip можно изменять во время работы контроллера изменяя уровень VREF.

Если требуется дополнительное снижение шума, электродвигатель может работать в режиме медленный старт, вместо быстрого или смешанного старта. Этот режим сводит к минимуму пульсации управляющего тока, уменьшая шум и повышая эффективность контроллера. Но это не всегда лучшее решение, особенно если схема использует микрошаг для повышения точности.

Драйверы шаговых двигателей

Интегрированные драйверы шагового двигателя обеспечивают простую настройку и расширенные функции управления для любого типа применения. Встроенный интерфейс энкодера делает шаговые двигатели правильным выбором для устройств синхронного позиционирования. Шаговые двигатели приводятся в действие путем последовательного подключения их обмоток к источнику питания через силовые транзисторы, управляемые контроллером микросхемы.

Блок-схема микросхемы A3982 (Allegro MicroSystems)

Например микросхема Allegro A3982 представляет собой полный драйвер шагового двигателя со встроенным транслятором для упрощения работы. В нем все элементы - контроллер и силовые транзисторы - объединены в одном корпусе. Он предназначен для управления биполярными шаговыми двигателями в шаговых и полушаговых режимах. Этот контроллер может обеспечивать выходной сигнал до 35 В и ± 2 А. Рабочий режим контроллера можно выбрать подав сигнал на входной контакт STEP, как показано на блок-схеме.

В смешанном режиме управление прерыванием тока изначально настроено на быстрое снижение в течение периода 31,25% от фиксированного времени отключения, а затем на медленное снижение в течение оставшейся части времени отключения. Эта схема управления током приводит к снижению шума двигателя, повышению точности шага и уменьшению рассеиваемой мощности на двигателе и схеме управления.

Встроенный модуль транслятора управляющих сигналов значительно упрощает конструкцию схемы управления двигателем. При подаче одного импульса на входной вывод STEP двигатель перемещается на один шаг. Никаких таблиц последовательности фаз или высокочастотных линий управления не требуется, что делает A3982 отличным выбором для устройств, где микроконтроллер загружен другими задачами.

Фирма Toshiba также предлагает широкий выбор драйверов шаговых двигателей. Микросхемы TB67S128 /249/279/289 оснащены запатентованной технологией Active Gain Control (AGC). AGC динамически регулирует ток шагового двигателя, чтобы обеспечить ему максимально возможный крутящий момент, что особенно удобно в схемах с разомкнутым контуром. Технология AGC экономит энергию, уменьшая или устраняя необходимость в более сложной конструкции с обратной связью.

Схема драйвера двигателя TB67S128 (Toshiba)

Микросхемы TB67S128 / 249/279 / 289FTG обеспечивают ток 5 А, 4,5 А, 2 А и 3 А соответственно, с рабочим напряжением двигателя от 10 В до 42 В. Они имеют от 32 до 128 ступеней, что делает их пригодными для широкого спектра устройств.

Подведём итог

Шаговые двигатели просты по конструкции и управлении. Они широко используются во многих схемах управления без обратной связи. Но их недостаток - уровень шума. Акустический шум и резонансы в основном исходят от схемы управления и механической части, в виде резонанса. Большинство устройств с шаговыми двигателями требуют плавного движения. Для особо плавных движений иногда изменяют напряжение и ток драйвера, а чаще всего задействуют микрошаговую конфигурацию.



Gromov - 19.03.2021 - Прочитали: 499

УЛУЧШЕНИЕ ФОНАРИКА С ЗУ ОТ 220V

Классический фонарик со встроенным зарядным устройством можно неплохо улучшить, добавив пару микросхем и 18650 АКБ.


МОДУЛЬ СЧИТЫВАТЕЛЯ КАРТ RFID RDM6300

Обзор возможностей комплекта бесконтактного модуля считывателя карт RFID RDM6300. Подключение схемы и тесты.


СХЕМА ПРЕДУСИЛИТЕЛЯ С ТЕМБРОБЛОКОМ

Самодельный активный предварительный усилитель с НЧ-ВЧ регулировками на ОУ TL072, для УМЗЧ.




Ваши комментарии к материалу
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]


» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ


© 2010-2021 "Радиосхемы". Все права защищены  Почта  PDA   Группа вконтакте   Канал ютуб   Группа в фэйсбук