Scheda controllo motori unipolari

Sezione dedicata all'elettronica di controllo cnc.
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Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Nokama » martedì 17 gennaio 2012, 19:26

Ciao a tutti, ho realizzato da poco una scheda per controllare motori unipolari stepper da 4A (2 volt), di cui sotto ho riportato lo schema elettrico. Adesso però devo realizzare vari esemplari ma siccome questa scheda è un pò sovradimensionata per i miei motori, volevo sostituire qualche componente per dimensionarla meglio ai miei motori così che io possa risparmiare qualche soldo.

Le mie domande sono le seguenti:
1) Cosa succede se tolgo le 4 porte AND e collego direttamente L297 ai mosfet? Perchè?
2) Se le 4 resistenze da 1Kohm (RN1 - 74ALB09N) le sostituisco con altre 4 resistenze da 5,6K e le metto a massa? Cosa mi cambia in quasta situazione?
3) I mosfet IRLZ44 sono troppo sovradimensionati rispetto ai miei motori. Che mosfet mi consigliate di comprare per sostituirli e avere dei mosfet più dimensionati rispetto ai miei motori e meno costosi?

Vi ringrazio anticipatamente
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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Franco99 » martedì 17 gennaio 2012, 19:47

Le resistenze da 1k servono perché il 7409 ha le uscite open collector.

Gli AND gate servono per la funzione chopper. Senza chopper non
puoi regolare la corrente dei motori.

Devi utilizzare “Logic Level” MOSFET in modo da poterli pilotare
direttamente con i segnali TTL a 5V dei AND gate.
Il MOSFET deve avere un diodo di protezione integrato altrimenti
servono diodi esterni.

Saluti,

Franco

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Nokama » martedì 17 gennaio 2012, 20:40

Ho capito ma mi hai risposto solo parzialemente alle domande.
1) Cosa succede se tolgo le 4 porte AND e collego direttamente L297 ai mosfet? Perchè? (il chopper funziona comunque, come pure le sequenze Half-Normal-Wave Mode).
2) Se le 4 resistenze da 1Kohm (RN1 - 74ALB09N) le sostituisco con altre 4 resistenze da 5,6K e le metto a massa? Cosa mi cambia in quasta situazione?
3) I mosfet IRLZ44 sono troppo sovradimensionati rispetto ai miei motori. Che mosfet mi consigliate (sigla e magari link pagina) di comprare per sostituirli e avere dei mosfet più dimensionati rispetto ai miei motori e meno costosi?

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Franco99 » martedì 17 gennaio 2012, 21:48

1: Quando il L297 è utilizzato per motori unipolari, il pin 11 (CONTROL)
deve essere a massa così da attivare il chopper su INH1 and INH2. In questa
configurazione ci vuole un AND gate sulle uscite. Controlla il tuo schema.

PHASE CHOPPING AND INHIBIT CHOPPING
The chopper can act on either the phase lines (ABCD) or on the
inhibit lines INH1 and INH2.An input named CONTROL decides
which. Inhibit chopping is used for unipolar motors but you can
choose between phase chopping and inhibit chopping for bipolar
motors.



2: Ci vogliono 4 resistenze da 1k collegate a +5V.
Queste resistenze pull-up servono per ottenere il livello "1" logico.
Cerca "Open collector" su Wikipedia e guarda come funziona.

3: I mosfet IRLZ44 vanno bene e devono essere montati isolati su
un' aletta di raffreddamento di dimensioni adeguate. Il mosfet IRLZ44
è un "logic level" pilotabile direttamente con TTL 5V.

Saluti,

Franco

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Nokama » mercoledì 18 gennaio 2012, 12:33

Grazie delle tue risposte. Ancora un altro paio di domande.

1) a riguardo ai mosfet IRLZ44 ho capito come funzionano, ma io vorrei sosituirli con altri meno costosi. Che altri mosfet mi consigli? Per esempio ho provato a sostituirli con dei IRF540 e il circuito mi sembra andare più che bene.

2) visto che hai citato il pin 11 CONTROL volevo chiederti: se io piloto un motore bipolare cosa mi cambia usare inhibit chopping o phase chopping? Ho capito che uno agisce su INH1 e INH2 e l'altro sulle fasi ABCD, ma che vantaggi ho usare uno oppure l'altro?

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Franco99 » mercoledì 18 gennaio 2012, 12:55

Il tuo schema non è fatto per il collegamento bipolare.

Questa application note da una risposta alle tue domande: LINK

Il mosfet IRF540 non è fatto per essere controllato con segnali TTL 5V.

Il mosfet deve avere dei diodi di protezione integrati altrimenti
devi montare dei diodi esterni come visibile nel link sopra alla figura 22.

Un IRLZ44 alla distrelec.it costa € 1,10.

Saluti,

Franco

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Franco99 » mercoledì 18 gennaio 2012, 13:32

Guarda anche questo progetto: LINK

Il circuito utilizza il 7408 AND gate che grazie alle sue uscite
push-pull non richiede le resistenze pull-up sulle sue uscite.

Saluti,

Franco

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Nokama » mercoledì 18 gennaio 2012, 15:08

Ho capito ma io intendevo dire usare un motore bipolare (magari da 1 A) con un altro stadio di potenza, come un L298. Che differenza c'è tra le due modalità  di chopping?
Poi ho capito il discorso che fai sul diodo di protezione integrato, ma perchè tu dici che non è adatto il IRF540 nonostante che nel mio circuito funziona lo stesso? Con una tensione Vgs di 5 volt (cioè TTL) il datashet mi dice che può passare una corrente Id fino a 16A (con una tensione minima Vds 7-8v). Quindi perchè non potrei usarlo nel mio caso?

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Dag50 » mercoledì 18 gennaio 2012, 17:49

Dai retta a Franco99, si è parlato all'infinito sulla differenza di questi Fet, è vero che funzionano
ugualmente ma, dissiperanno tanto di quel calore che potresti spegnere il riscaldamento di casa
Come giustamente hai detto i dati del IRF540 riportano una portata di 16A ma c'è anche indicato
una tensione di Gate di almeno 10, come riportato nelle curve di test del componente, con 5V
non riuscirà  mai a chiudere perfettamente la giunzione, ecco il motivo delle bruciature e riscaldamenti
ciao Dario

http://www.cnc-dag50.it/
http://facebook.com/dario.ghezzi

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Franco99 » mercoledì 18 gennaio 2012, 18:43

Questa application note da una risposta alle tue domande: LINK
(Vedi PHASE CHOPPING AND INHIBIT CHOPPING).

Se i mosfet non sono "logic level", per pilotarli devi utilizzare gli
appositi driver integrati per mosfet oppure realizzare dei driver con
componenti discreti. Il motivo principale è quello spiegato da Dag50 nel
messaggio precedente, calore eccessivo e limitata velocità  di commutazione
cosa particolarmente nefasta per un chopper che deve lavorare oltre 20 kHz.

Saluti,

Franco

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Nokama » mercoledì 18 gennaio 2012, 19:44

Ho letto l'application note ma l'inglese non lo mastico tanto bene. Mi potete per piacere riassumere la differenza tra le due tipologie di chopping? :oops:
Per DAG: non so che curva guardi ma sul mio data mi indica che 5 volt sono sufficienti per 16 A.

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Franco99 » mercoledì 18 gennaio 2012, 22:13

Il gate del mosfet si comporta come un condensatore, quando il condensatore
raggiunge una certa carica il mosfet inizia a condurre, per raggiungere poi
gradualmente la conduttività  massima quando il condensatore è totalmente
carico. Per bloccare il mosfet bisogna scaricare questo condensatore, man mano
che il condensatore si scarica il mosfet modifica gradualmente la sua conduttività 
e alla fine quando il condensatore è scarico totalmente, il mosfet è bloccato.
Per ottenere velocità  di commutazione elevate questo "condensatore" deve essere
caricato e scaricato il più velocemente possibile. Il tempo di carica e scarica
dipende da quanta corrente siamo in grado di fornire o prelevare al gate del
mosfet. Per commutare velocemente i mosfet, vengono impiegati speciali driver
che sono in grado di fornire o assorbire correnti di centinaia o anche di
migliaia di milliampere. È bene capire che queste correnti sono presenti
solo per tempi brevissimi. Le uscite TTL di un 74xx non sono in grado
di fornire queste correnti e di conseguenza il tempo di commutazione del
mosfet è elevato e trascorre tempo prima di raggiungere la conduttività  massima.
Stessa cosa quando si blocca il mosfet, la corrente è limitata e il tempo è lungo.
Tutto questo fa scaldare il mosfet. Praticamente data la corrente limitata
dell'uscita TTL, il nostro "condensatore" si carica e si scarica lentamente.
Un altro problema delle uscite TTL a 5V è che la tensione d'uscita è al limite
per pilotare un mosfet IRF540. All'uscita di un TTL con uscite push-pull ci
sono meno che 5V. Se il TTL ha le uscite open collector, con una resistenza
pull-up esterna collegata a +5V si possono raggiungere 5V.

Ricordo che se il motore perde passi la CNC non serve a niente.

Saluti,

Franco

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Nokama » mercoledì 18 gennaio 2012, 23:28

Risposta chiara e precisa, grazie mille. Ho letto l'application note ma l'inglese non lo mastico tanto bene.
1) Mi puoi per piacere riassumere la differenza tra le due tipologie di chopping? :?:
2) Dici che se metto un 74F08 con lo porte AND con uscite in push-pull e tengo gli IRLZ44, funziona tutto come dovrebbe?

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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Franco99 » giovedì 19 gennaio 2012, 19:12

Con motori unipolari devi utilizzare per forza inhibit chopping.
Il pin 11 (CONTROL) del L297 deve essere a massa.

Quando utilizzi motori bipolari puoi usare il phase chopping oppure
inhibit chopping. La differenza è come ricircola la corrente.

Inhibit Chopping: La corrente dell'avvolgimento ricircola sempre
attraverso due diodi e l'alimentatore.

Phase chopping: La corrente dell'avvolgimento ricircola sempre
attraverso un transistor e un diodo senza passare attraverso
l'alimentatore.


* * *

La tabella allegata fa vedere i tempi di commutazione in microsecondi
per dei logic level hexfet mentre controllano un carico resistivo.
In cima i tempi quando viene pilotato con un TTL 74xx, in fondo quando
viene pilotato con un driver per mosfet. Nel mezzo trovi i tempi con
le altre famiglie logiche. Ricordati che il tuo chopper del L297
funziona ad oltre 20 kHz (50 microsecondi). In questi 50 µs il mosfet
deve andare in conduzione il più velocemente possibile in modo che la
corrente passi nell'avvolgimento del motore per salire fino ai valori
da noi prefissati per il motore e poi quando il valore di corrente è
raggiunto il mosfet deve interrompere la corrente il più velocemente
possibile, altrimenti si compromette la regolazione della corrente.
In pratica più velocemente commuta il mosfet meglio andrà  il tutto.
La grande differenza quando utilizzi un logic level mosfet è che
bastano meno di 5V per mandarlo completamente in conduzione. Se
vuoi velocità  di commutazione elevate devi comunque utilizzare un
driver adeguato per pilotare un logic level mosfet.

La tabella allegata sotto è presa da questo documento: LINK

Saluti,

Franco
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Re: Scheda controllo motori unipolari

Messaggio da Nokama » venerdì 20 gennaio 2012, 10:03

Capito, ma:
1) quali sono i vantaggi di usare le due differenti tipologie di ricircolo in sostanza?
2) per le porte AND io uso un integrato SN74F08N, quindi mi sembra aver capito, guardando anche lo schema elettrico che hai postato qualche risposta fà , che le quattro resistenze da 1Khom collegate alle uscite delle porte AND le potrei tranquillamente togliere e comandare tutto in push-pull. Mi confermi questa cosa?

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