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Driver para Motor de passo DRV8834 - Pololu

Esta é uma placa breakout para o driver de motor de passo bipolar DRV8834. Ele opera de 2.5 a 10.8V, permitindo que motores de passo sejam alimentados com tensões que são muito baixas para outros drivers, e pode fornecer até 1,5A por fase continuamente sem a necessidade de um dissipador ou ventilação forçada (2A de pico). Ele possui ainda limitação de corrente ajustável, proteção contra sobretemperatura e seis resoluções de passo (1/1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 e 1/32). Esta placa é fornecida com pinos header macho não soldados.

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Descrição do Produto

Detalhes

Este produto é uma placa de Driver de motor de passo baseada no CI DRV8834 de baixa tensão. Recomendamos a leitura atenta do datasheet do DRV8834 (2MB pdf) antes de usar este produto. Este driver de motor de passo permite controlar um motor de passo bipolar com até 2A de corrente de saída por bobina (consulte a seção Considerações sobre a dissipação de energia abaixo para mais informações). Aqui estão algumas das principais características do driver:
 
  • Interface simples para controle de direção e passo
  • Seis resoluções de passo diferentes: full-step, half-step, 1/4-step, 1/8-step, 1/16-step, and 1/32-step
  • Controle de corrente ajustável que permite a você ajustar a máxima corrente de saída através de um potenciômetro, que permite utilizar tensões acima da tensão nominal do seu motor de passo para alcançar taxas de passo mais altas
  • Controle de corte inteligente que seleciona automaticamente o modo correto de decaimento de corrente (decaimento rápido ou decaimento lento)
  • Tensão de alimentação de 2.5-10.8V
  • Regulador integrado (não necessita de alimentação externa para a lógica)
  • Pode ser interfaceado diretamente com sistemas de 3.3 V e 5 V
  • Desligamento por sobretemperatura, desligamento por sobrecorrente, e bloqueio por subtensão
  • Proteção contra curto para o negativo, curto para o positivo e curto na saída
  • PCB de cobre de 4 camadas, 56,74g para maior dissipação de calor
  • Ponto de terra soldável exposto abaixo do CI na parte de baixo da placa

Documentação

- Texas Instruments DRV8834 stepper motor driver datasheet (2MB pdf)

- DRV8834 low-voltage stepper motor driver carrier schematic diagram (105k pdf)

 


Hardware Incluso
 
O driver para motor de passo DRV8834 acompanha uma barra de pinos header macho de 16 pinos. Os pinos header podem ser soldados à placa ou você pode soldar oa cabos do seu motor diretamente à placa.

DRV8834  DRV8834


Esquema de Ligação

DRV8834

Diagrama de conexão mínimopara interligar um microcontrolador ao driver de motor de passo  DRV8834 ( Modo 1/4 ).





DRV8834

Diagrama alternativo de conexão para interligar um microcontrolador ao driver de motor de passo  DRV8834 ( Modo 1/4 ).



Conexões de alimentação

O Driver necessita de uma alimentação de 2,5 a 10,8V conectada  entre os terminais VMOT e GND. Esta alimentação deve conter capacitores de desacoplamento próximos à placa, e esta alimentação deve suportar fornecer a corrente nominal do motor de passo.

Importante: Esta placa utiliza capacitores cerâmicos de baixa ESR (resistência contra discargas eletrostáticas) que são sucetíveis a destruição por picos de tensão LC, especialmente quando utilizando cabos de alimentação maiores do que alguns centímetros. Sob certas condições estes picos podem exceder a voltagem máxima de 11.8 V causando danos permanentes, mesmo com voltagens de alimentação tão baixas quanto 9 V. Um modo de proteger o controlador contra estes picos é colocar um capacitor eletrolítico grande (> 47 µF) entre os pinos VMOT e GND tão próximo à placa quanto possível.


Conexões do motor

Motores de passo com 4, 6 e 8 cabos podem ser controlados pelo DRV8834 se estiverem conectados corretamente. Veja as perguntas frequêntes na página do fabricante para maiores detalhes.

Importante: Conectar ou desconectar um motor de passo enquanto o controlador está alimentado pode destruir o controlador.

 

 

Tamanho do passo (e micropasso)

Motores de passo normalmente têm um tamanaho de passo específico (e.g. 1,8º ou 200 passo por revolução), que se aplicam a passos cheios. Um controlador de micropassos como o DRV8834 permite resoluções maiores através alocações em passos intermediários, o que é alcançado energizando as bobinas com níveis intermediários de corrente. Por exemplo, controlando um motor em modo de um quarto de passo fará com que um motor de 200 passos por revolução tenha 800 micropassos por revolução utilizando 4 níveis diferentes de corrente.

As entradas (M0 e M1) para seleção da resolução (tamanho de passo) permite a seleção das seis resoluções de passo disponíveis de acordo com a tabela abaixo. M0 é flutuante por padrão, enquanto M1 possui um internamente um resistor de pull-down de 200 kΩ, então deixando estes dois pinos de seleção desconectados resultará no motor 1/4. Para que os modos de micropasso funcionem corretamente, o limite de corrente deve ser ajustado baixo o suficiente (veja a seguir) de modo que a limitação de corrente funcione corretamente. Caso contrário, os níveis d corrente intermediários não serão mantidos corretamente, e o motor pode escorregar alguns passos.

M0M1Microstep Resolution
Low Low Full step
High Low Half step
Floating       Low        1/4 step
Low High 1/8 step
High High 1/16 step
Floating High 1/32 step


  

Entradas de Controle

Cada pulso na entrada STEP corresponde a um micropasso do motor de passo na direção selecionada pelo pino DIR. Estas duas entradas possuem internamente resistores de pull-down de 200 kΩ. Caso você queira rotação em apenas um sentido você pode deixar o pino DIR desconectado.

Esquema pinos SLEEP e FAULT

 

O chip tem duas entradas diferentes para controlar seus estados: SLEEP e ENBL. Para mais informações sobre estes modos, veja o datasheet. Por favor, note que o driver mantém a entrada SLEEP conectada ao GND através de um resistor de pull-down interno de 500 kΩ, e mantém a entrada ENBL conectada ao GND através de um resistor de pull-down interno de 200 kΩ. O estado padrão SLEEP previne que o drive opere; este pino deve ser levado a nível lógico alto para habilitar o driver (que pode ser ligado diretamente ao nível lógico alto 2,5 e 5,5 V, ou pode ser controlada dinamicamente, ligando-o a uma saída digital de um microcontrolador). O estado padrão do pino ENBL é driver habilitado, sendo assim este pino pode ser deixado desconectado.

O DRV8834 também possui uma saída de falha FAULT que vai para nível lógico baixo sempre que os FETs da ponte-H estão desativados como resultado de proteção por sobrecarga ou desligamento térmico, ou enquanto o bloqueio de subtensão estiver desabilitando o chip. A placa do driver conecta este pino ao pino SLEEP através de um resistor de 10k, que atua como um pull-up de falha sempre que SLEEP é externamente levado a nível lógico alto, de forma que nenhum pull-up externa é necessária no pino FAULT. Note que o driver inclui um resistor de 1.5k de proteção em série com o pino FAULT que faz com que seja seguro para conectar este pino diretamente a uma fonte de tensão lógica, como acontece se você usar essa placa em um sistema projetado para o A4988. Para prevenir que falhas levem o pino SLEEP para nível lógico baixo, qualquer resistor de pull-up externo que você adicionar à entrada SLEEP não deve exceder 4.7k.

 

 Jumpers opcionais

O pino CONFIG do DRV8834 pode ser utilizado para selecionar entre seu modo indexador padrão, que é utilizado para controlar motores de passo, e um modo habilita/inverte que pode ser utilizado para controlar até dois motores DC. Este modo não está disponível por padrão (para evitar conflitos quando utilizar o DRV8834 como um susbtituto para outros drivers de motor de passo), mas este jumper pode ser conectado através dos pinos identificados por “(CFG)” interligando os pontos de solda indicados abaixo. Um segundo jumper pode ser conectado para ter a tensão de referência para o limite de corrente disponível no pino identificado por “(REF)”.

 Jumpers DRV8834



Limitação de Corrente

Para alcançar velocidades de passos mais altas a alimentação do motor é tipicamente muito mais alta do que o que seria permitido sem limitação ativa de corrente. Por exemplo, um motor de passo típico poderia estar classificado para correntes de 1A com uma resistência de bobina de 5Ω, o que indicaria uma alimentação máxima de 5V. Utilizar um motor destes com 9V permitiria maiores velocidades de passo, mas a corrente deve ser ativamente limitada para menos de 1A para prevenir danos.

O DRV8834 suporta esta limitação de corrente, e o potenciômetro de ajuste na placa pode ser utiizado para determinar o limite de corrente. Um dos modos de ajustar este limite de corrente é colocar o controlador a toda velocidade em modo de passo cheio e medir a corrente através de uma das bobinas sem ajustar a entrada de STEP. Como as duas bobinas estão sempre limitadas em 70% em modo de passo cheio, a corrente medida será 0,7 vezes o limite de corrente deste motor. Note que o limite de corrente depende da voltagem em VDD.

Outro modo de ajustar o limite é medir a voltagem no pino "ref" e calcular o limite de corrente resultante (os resistores de senso de corrente são de 0,1Ω). A voltagem no pino ref pode ser acessada em uma via marcada com um círculo na parte posterior do circuíto ou no pino identificado por “(REF)” se o jumper apropriado estiver devidamente conectado conforme descrito acima. O limite de corrente está relacionado com a tensão de referência conforme mostrado a aseguir:

Limite de corrente = VREF × 2

Então, por exemplo, ise você tiver um motor de passo de corrente nominal de 1A, você pode ajustar o limite de corrente para 1A ajustando a tensão de referência em 0.5 V.

Importante: A corrente da bobina do motor pode ser bastante diferente da corrente da fonte de alimentação, sendo assim, você não deve utilizar a corrente medida na fonte de alimentação para ajustar o limite de corrente. O lugar apropriado para inserir seu amperímetro é em série com uma das bobinas do motor de passo.

 

Power dissipation considerations

O DRV8834 tem uma taxa máxima de corrente de 1,5A por bobina, e após testes, esta placa foi capaz de fornecer corrente nominal por vários minutos sem necessitar de refrigeração. O DRV8834 pode suportar picos de corrente de até 2,2A por bobina mas sua proteção contra sobrecorrente deve atuar em 2A, e a corrente atual que você pode fornecer depende de quão bem refrigerado você consegue manter o CI DRV8834. A placa do circuito impresso foi desenvolvida para drenar calor do chip mas para fornecer mais do que 1,5A por bobina um dissipador de calor ou outro método de refrigeração é necessário.

Este produto pode se aquecer o suficiente para produzir queimaduras antes que o chip se superaqueça. Tome cuidado quando estiver manusenado este item e outros componentes ligados a ele.

Note que medir a corrente drenada na alimentação não necessariamente fornece uma medida da corrente na bobina. Como a voltagem de entrada do driver pode ser significativamente mais elevada que a tensão da bobina, a corrente medida na fonte de alimentação pode ser mais baixa que a corrente medida na bobina do motor (o driver e a bobina atuam como uma fonte de alimentação abaixadora do tipo step-down). Além disso, se a voltagem de alimentação for muito alta comparada àquela necessária para o motor atingir  corrente ajustada, o duty cycle será muito lento, o que também acarreta em diferenças significativas entre as correntes média e RMS. Adicionalmente noqte que a corrente da bobina é uma função da corrente limite ajustada, mas ela não é necessariamente igual à corrente limite ajustada. A corrente atual através de cada bobina muda a cada micropasso. Veja mais detalhes no datasheet do DRV8834.

 

Esquema eletrônico

 

Esquema eletrônico do driver de motor de passo DRV8834 - Pololu

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