Controladora de Motor a Pasos DRV8834 Bajo Voltaje

Este producto es una placa portadora o placa de expansión para el controlador de motor paso a paso de bajo voltaje DRV8834 de TI; por lo tanto, recomendamos leer atentamente la hoja de datos del DRV8834 (pdf de 2 MB) antes de usar este producto. Este controlador de motor paso a paso le permite controlar un motor paso a paso bipolar con una corriente de salida de hasta 2 A por bobina (consulte la sección Consideraciones sobre disipación de potencia a continuación para obtener más información). Estas son algunas de las características clave del controlador:

• Interfaz de control de dirección y paso simple
• Seis resoluciones de paso diferentes: paso completo, medio paso, 1/4 de paso, 1/8 de paso, 1/16 de paso y 1/32 de paso
• El control de corriente ajustable le permite establecer la salida de corriente máxima con un potenciómetro, lo que le permite usar voltajes superiores al voltaje nominal de su motor paso a paso para lograr velocidades de paso más altas
• Control de corte inteligente que selecciona automáticamente el modo de caída de corriente correcto (caída rápida o caída lenta)
• Rango de voltaje de suministro de 2,5 a 10,8 V
• Regulador incorporado (no necesita suministro de voltaje lógico externo)
• Puede interactuar directamente con sistemas de 3,3 V y 5 V
• Apagado térmico por sobretemperatura, apagado por sobrecorriente y bloqueo por bajo voltaje
• Protección contra cortocircuito a tierra, cortocircuito a suministro y carga en cortocircuito
• PCB de cobre de 4 capas y 2 oz para una mejor disipación del calor disipación
• Almohadilla de tierra soldable expuesta debajo del CI del controlador en la parte inferior de la PCB
• El tamaño del módulo, la distribución de pines y la interfaz coinciden con los de nuestros portadores de controladores de motor paso a paso A4988 en la mayoría de los aspectos (consulte la parte inferior de esta página para obtener más información)

Este producto se envía con todos los componentes de montaje en superficie, incluido el CI del controlador DRV8834.

Algunos motores paso a paso unipolares (por ejemplo, aquellos con seis u ocho conductores) pueden controlarse con este controlador como motores paso a paso bipolares. Para obtener más información, consulte las preguntas frecuentes. Los motores unipolares con cinco conductores no se pueden utilizar con este controlador.

Hardware incluido

El soporte del controlador del motor paso a paso DRV8834 se entrega con un conector macho de 0,1″ con 1×16 pines y desconectable. Los conectores se pueden soldar para su uso con placas de pruebas sin soldadura o conectores hembra de 0,1″. También puede soldar los cables del motor y otras conexiones directamente a la placa.

Conexiones de alimentación

El controlador requiere una tensión de alimentación del motor de 2,5-10,8 V para conectarse a través de VMOT y GND. Esta fuente de alimentación debe tener condensadores de desacoplamiento adecuados cerca de la placa y debe ser capaz de suministrar la corriente esperada del motor paso a paso.

Advertencia: Esta placa de soporte utiliza condensadores cerámicos de baja ESR, lo que la hace susceptible a picos de tensión LC destructivos, especialmente cuando se utilizan cables de alimentación de más de unas pocas pulgadas de largo. En las condiciones adecuadas, estos picos pueden superar el voltaje máximo nominal de 11,8 V para el DRV8834 y dañar permanentemente la placa, incluso cuando el voltaje de suministro del motor es tan bajo como 9 V. Una forma de proteger el controlador de estos picos es colocar un condensador electrolítico grande (al menos 47 µF) entre la alimentación del motor (VMOT) y la tierra en algún lugar cerca de la placa.

Conexiones del motor

El DRV8834 puede controlar motores paso a paso de cuatro, seis y ocho cables si están conectados correctamente; una respuesta a las preguntas frecuentes explica en detalle el cableado adecuado.

Advertencia: conectar o desconectar un motor paso a paso mientras el controlador está encendido puede destruir el controlador. (En términos más generales, recablear cualquier cosa mientras está encendida es buscarse problemas).

Tamaño de paso (y micropaso)

Los motores paso a paso suelen tener una especificación de tamaño de paso (p. ej., 1,8° o 200 pasos por revolución), que se aplica a pasos completos. Un controlador de micropasos como el DRV8834 permite resoluciones más altas al permitir ubicaciones de paso intermedias, que se logran al energizar las bobinas con niveles de corriente intermedios. Por ejemplo, accionar un motor en modo de cuarto de paso le dará al motor de 200 pasos por revolución 800 micropasos por revolución al usar cuatro niveles de corriente diferentes.

Las entradas del selector de resolución (tamaño de paso) (M0 y M1) permiten la selección de las seis resoluciones de paso de acuerdo con la tabla siguiente. M0 es flotante de forma predeterminada, mientras que M1 tiene una resistencia pull-down interna de 200 kΩ, por lo que dejar estos dos pines de selección de micropasos desconectados da como resultado un modo de 1/4 de paso. Para que los modos de micropasos funcionen correctamente, el límite de corriente debe establecerse lo suficientemente bajo (ver a continuación) para que se active la limitación de corriente. De lo contrario, los niveles de corriente intermedios no se mantendrán correctamente y el motor saltará micropasos.

Entradas de control

Cada pulso a la entrada STEP corresponde a un micropaso del motor paso a paso en la dirección seleccionada por el pin DIR. Estas entradas se ponen en bajo de forma predeterminada a través de resistencias pull-down internas de 200 kΩ. Si solo desea rotación en una sola dirección, puede dejar DIR desconectado.

El chip tiene dos entradas diferentes para controlar sus estados de energía: SLEEP y ENBL. Para obtener detalles sobre estos modos de estados de energía, consulte la hoja de datos. Tenga en cuenta que el controlador pone en bajo el pin SLEEP a través de una resistencia pull-down interna de 500 kΩ, y pone en bajo el pin ENBL a través de una resistencia pull-down interna de 200 kΩ. El estado SLEEP predeterminado evita que el controlador funcione; este pin debe estar alto para habilitar el controlador (se puede conectar directamente a un voltaje lógico «alto» entre 2,5 y 5,5 V, o se puede controlar dinámicamente conectándolo a una salida digital de un MCU). El estado predeterminado del pin ENBL es habilitar el controlador, por lo que este pin puede dejarse desconectado.

El DRV8834 también cuenta con una salida FAULT que se activa cuando los FET del puente H se desactivan como resultado de la protección contra sobrecorriente o apagado térmico, o mientras el bloqueo por subvoltaje desactiva el chip. La placa portadora conecta este pin al pin SLEEP a través de una resistencia de 10k que actúa como un pull-up FAULT cuando SLEEP se mantiene alto externamente, por lo que no es necesario un pull-up externo en el pin FAULT. Tenga en cuenta que la portadora incluye una resistencia de protección de 1,5k en serie con el pin FAULT que hace que sea seguro conectar este pin directamente a una fuente de voltaje lógica, como podría suceder si utiliza esta placa en un sistema diseñado para la portadora A4988 compatible con pines. En un sistema de este tipo, la resistencia de 10k entre SLEEP y FAULT actuaría como un pull-up para SLEEP, lo que hace que el portador DRV8834 sea un reemplazo más directo para el A4988 en dichos sistemas (el A4988 tiene un pull-up interno en su pin SLEEP). Para evitar que las fallas hagan caer el pin SLEEP, cualquier resistencia pull-up externa que agregue a la entrada del pin SLEEP no debe superar los 4,7k.

Puentes de pines opcionales

El pin CONFIG del DRV8834 se puede utilizar para seleccionar entre su modo de indexador predeterminado, que está pensado para controlar motores paso a paso, y un modo de fase/habilitación alternativo que se puede utilizar para accionar dos motores de DC con escobillas. No está disponible de forma predeterminada (para evitar conflictos al utilizar el portador DRV8834 como reemplazo directo de nuestros otros portadores de controladores de motores paso a paso), pero se puede conectar al pin etiquetado como “(CFG)” haciendo un puente con el puente de montaje en superficie indicado en la imagen siguiente. Se puede hacer un puente con un segundo puente para que el voltaje de referencia del límite de corriente esté disponible en el pin etiquetado como “(REF)”.

Limitación de corriente

Para lograr velocidades de paso altas, la alimentación del motor suele ser mayor de lo que sería permisible sin limitación de corriente activa. Por ejemplo, un motor paso a paso típico podría tener una corriente nominal máxima de 1 A con una resistencia de bobina de 5 Ω, lo que indicaría una alimentación máxima del motor de 5 V. El uso de un motor de este tipo con 9 V permitiría velocidades de paso más altas, pero la corriente debe limitarse activamente a menos de 1 A para evitar daños al motor.

El DRV8834 admite dicha limitación de corriente activa, y el potenciómetro de ajuste de la placa se puede utilizar para establecer el límite de corriente. Por lo general, querrá establecer el límite de corriente del controlador para que sea igual o inferior a la corriente nominal de su motor paso a paso. Una forma de establecer el límite de corriente es poner el controlador en modo de paso completo y medir la corriente que pasa por una sola bobina del motor sin sincronizar la entrada STEP. La corriente medida será 0,7 veces el límite de corriente (ya que ambas bobinas están siempre encendidas y limitadas a aproximadamente el 70 % del ajuste del límite de corriente en el modo de paso completo).

Otra forma de establecer el límite de corriente es medir el voltaje en el pin “ref” y calcular el límite de corriente resultante (las resistencias de detección de corriente son de 0,100 Ω). El voltaje del pin ref es accesible en una vía que está rodeada por un círculo en la serigrafía inferior de la placa de circuito, o en el pin etiquetado como “(REF)” si está conectado el puente de montaje en superficie apropiado (ver arriba). El límite de corriente se relaciona con el voltaje de referencia de la siguiente manera:

Límite de corriente = VREF × 2

Entonces, por ejemplo, si tiene un motor paso a paso clasificado para 1 A, puede establecer el límite de corriente a 1 A estableciendo el voltaje de referencia a 0,5 V.

Nota: La corriente de la bobina puede ser muy diferente de la corriente de la fuente de alimentación, por lo que no debe usar la corriente medida en la fuente de alimentación para establecer el límite de corriente. El lugar apropiado para colocar su medidor de corriente es en serie con una de las bobinas de su motor paso a paso.

Consideraciones sobre la disipación de potencia

El controlador IC DRV8834 tiene una corriente continua máxima nominal de 1,5 A por bobina y, en nuestras pruebas, esta placa base fue capaz de suministrar la corriente nominal durante muchos minutos sin necesidad de refrigeración adicional. El DRV8834 puede soportar corrientes pico de hasta 2,2 A por bobina, pero su protección contra sobrecorriente puede activarse con corrientes tan bajas como 2 A, y la corriente real que puede suministrar depende de lo bien que pueda mantener frío el IC. La placa de circuito impreso de la placa base está diseñada para extraer calor del IC, pero para suministrar más de aproximadamente 1,5 A por bobina, se requiere un disipador de calor u otro método de refrigeración.

Este producto puede calentarse lo suficiente como para quemarlo mucho antes de que el chip se sobrecaliente. Tenga cuidado al manipular este producto y otros componentes conectados a él.

Tenga en cuenta que medir el consumo de corriente en la fuente de alimentación generalmente no proporcionará una medida precisa de la corriente de la bobina. Dado que el voltaje de entrada al controlador puede ser significativamente más alto que el voltaje de la bobina, la corriente medida en la fuente de alimentación puede ser bastante más baja que la corriente de la bobina (el controlador y la bobina actúan básicamente como una fuente de alimentación reductora de conmutación). Además, si el voltaje de suministro es muy alto en comparación con lo que el motor necesita para alcanzar la corriente establecida, el ciclo de trabajo será muy bajo, lo que también genera diferencias significativas entre las corrientes promedio y RMS. Además, tenga en cuenta que la corriente de la bobina es una función del límite de corriente establecido, pero no necesariamente es igual al ajuste del límite de corriente. La corriente real a través de cada bobina cambia con cada micropaso. Consulte la hoja de datos del DRV8834 para obtener más información.

Diagrama esquemático

El esquema está disponible como un PDF descargable (PDF de 105 k).

Diferencias clave entre el DRV8834 y el A4988

El portador DRV8834 fue diseñado para ser lo más similar posible a nuestros portadores de controladores de motor paso a paso A4988, y se puede utilizar como un reemplazo directo para el portador A4988 en muchas aplicaciones porque comparte el mismo tamaño, distribución de pines e interfaz de control general. Sin embargo, hay algunas diferencias entre los dos módulos que se deben tener en cuenta:

• El pin utilizado para suministrar voltaje lógico al A4988 se utiliza como salida FAULT del DRV8834, ya que el DRV8834 no requiere una fuente de alimentación lógica (y el A4988 no tiene una salida de falla). Tenga en cuenta que es seguro conectar el pin FAULT directamente a una fuente de alimentación lógica (hay una resistencia de 1,5 k entre la salida del CI y el pin para protegerlo), por lo que el módulo DRV8834 se puede utilizar en sistemas diseñados para el A4988 que dirigen la alimentación lógica a este pin.
• El pin SLEEP en el DRV8834 no se activa de forma predeterminada como en el A4988, pero la placa portadora lo conecta al pin FAULT a través de una resistencia de 10 k. Por lo tanto, los sistemas diseñados para el A4988 que dirigen la alimentación lógica al pin FAULT tendrán efectivamente una activación de 10 k en el pin SLEEP.
• El potenciómetro de límite de corriente está en una ubicación diferente.
• La relación entre la configuración del límite de corriente y el voltaje del pin de referencia es diferente.
• El DRV8834 ofrece micropasos de 1/32 de paso; el A4988 solo baja a 1/16 de paso.
• El DRV8834 solo tiene dos pines para configurar su modo de micropasos; El A4988 tiene tres. La tabla de selección de pasos difiere entre el DRV8834 y el A4988 para todas las resoluciones de micropasos que no sean el modo de paso completo y medio paso. En el DRV8834, el pin M0 debe dejarse en un estado flotante (alta impedancia) para seleccionar algunos de los modos de micropasos. El modo de micropasos predeterminado en el DRV8834 es 1/4 de paso, mientras que el modo de micropasos predeterminado en el A4988 es paso completo.
• El DRV8834 no tiene entrada RESET.
• Los pines en el portador DRV8834 correspondientes a los pines MS3 y RESET del portador A4988 están desconectados de manera predeterminada. Si la compatibilidad eléctrica con el portador A4988 no es un problema, se pueden conectar dos señales diferentes (CONFIG y VREF) en el portador DRV8834 a estos pines con puentes de montaje en superficie (descritos en la sección “Puentes de pines opcionales” anterior).
• Los requisitos de tiempo para las duraciones mínimas de pulso en el pin STEP son diferentes para los dos controladores. Con el DRV8834, los pulsos STEP altos y bajos deben ser cada uno de al menos 1,9 us; pueden ser tan cortos como 1 us cuando se utiliza el A4988.
• El DRV8834 admite voltajes de suministro más bajos que el A4988, pero su voltaje de suministro máximo también es más bajo (2,5–10,8 V frente a 8–35 V).
• El DRV8834 puede entregar más corriente que el A4988 sin refrigeración adicional (según nuestras pruebas de paso completo: 1,5 A por bobina para el DRV8834 frente a 1,2 A por bobina para el A4988 Black Edition y 1 A por bobina para el portador A4988 original).
• El DRV8834 utiliza una convención de nombres diferente para las salidas del motor paso a paso, pero son funcionalmente iguales a los pines correspondientes en el portador A4988, por lo que las mismas conexiones a ambos controladores dan como resultado el mismo comportamiento del motor paso a paso. En ambas placas, la primera parte de la etiqueta identifica la bobina (por lo que tiene bobinas «A» y «B» en el DRV8834 y bobinas «1» y «2» en el A4988).
• Para aquellos con aplicaciones sensibles al color, tenga en cuenta que el portador DRV8834 es blanco.