Nové obvody pro řízení krokových motorů od STMicroelectronics®

V mnoha aplikacích se využívají jako akční členy krokové motory. Pokud chceme využít plně jejich vlastností a hlavně možností, jsme postaveni před problém jejich řízení, neboť například musíme znát vhodné algoritmy, navrhnout ovládací výkonové členy včetně jejich ochran a mnohé další. V tento moment přichází šance pro nové obvody L6474, které ulehčí návrh zařízení pro mnoho aplikací, jako například pohonu dnes všudypřítomných tiskáren štítků, lístků, ale stejně tak inkoustových i laserových tiskáren. Tiskárny však nejsou jedinou vhodnou aplikací pro nové obvody. L6474 můžeme nasadit např. při konstrukci prodejních automatů, šicích strojů, pódiového osvětlení, hracích automatů, v různých medicínských zařízeních a mnohých dalších. Jak je vidět, možnosti nasazení nových obvodů jsou opravdu velmi široké.

Obvody L6474 obsahují vše, co je potřeba pro kvalitní řízení dvojfázového krokového motoru, a to včetně dvou výkonových můstků s tranzistory MOSFET s odporem kanálu 0,28 Ω v sepnutém stavu. I když je hodnota odporu vodivého kanálu možná vyšší, než bychom čekali, je nutné si uvědomit, že výkonové tranzistory mají maximální pracovní napětí až 45 V. Z důvodu nedostatečného sepnutí výkonových tranzistorů zde existuje i omezení na nejnižší napájecí napětí, které je 8 V. Ochrana před nedostatečnou velikostí napájecího napětí je velmi důležitá, neboť maximální proud, který může protékat výkonovými tranzistory, je až 7 A špičkově a 3 Arms. Kromě této ochrany najdeme na čipu L6474 řadu dalších, často s možností nastavení ochranných prvků. Jako první upozorněme na možnost nastavení maximálního proudu, která je umožněna díky bezztrátovému snímání protékajícího proudu každým ze spínacích MOSFET tranzistorů. Další ochranou, či spíše funkcionalitou, je možnost nastavení tzv. mrtvého času, chránícího výkonové MOSFET tranzistory před situací, kdyby byly oba tranzistory v polovině můstku vodivé, což by způsobilo zkrat napájení.

I když by se to mohlo zdát zbytečné, mysleli návrháři i na situace, kdy je nutné snížit rušení na minimum, a vybavili obvod možností nastavení rychlosti přeběhu. I když pomalejší přeběh znamená zvýšení výkonové zátěže interních výstupních tranzistorů typu MOSFET, jsou pomalejší přechody výhodnější z hlediska rušení. Nastavení rychlosti přeběhu výstupních tranzistorů je možné ve čtyřech stupních v rozmezí 80–300 ns, a to pomocí dvou bitů v registru CONFIG. Zajímavou funkcí je schopnost obvodu řídit rychlost poklesu proudu tekoucího motorem („current adaptive decay”). Jelikož jde o zajímavou a v budoucnosti jistě dobře využitelnou technologii, výrobce si ji nechal patentovat.

Z výše uvedeného výčtu vlastností je vidět, že obvody L6474 jsou z hlediska kontroly řady hodnot plně soběstačné, což znamená, že řídicí mikrokontrolér pouze nastaví požadované parametry zápisem do konfiguračních registrů. Na druhé straně může nadřazený mikrokontrolér pomocí načtení obsahu stavového registru obvodu L6474 zjistit, zda je vše v pořádku, či ne. I když implementované sériové rozhraní SPI s maximálním taktem 5 MHz je více než dostatečně rychlé, je pro rychlou kontrolu na jeden pin obvodu (/FLAG) vyveden signál oznamující nadřazenému mikrokontroléru, že obvod L6474 detekoval nějakou chybu. Tento signál lze s výhodou využít pro přerušení, které pak obslouží různé chybové stavy dle stavu STATUS registru obvodu L6474.

Díky možnosti nastavení parametrů krokování je vlastní krokování možné řídit přes pouhé dva piny obvodu. Pro určení směru krokování je určen pin DIR, druhý pin STCK (step clock) definuje vlastní kroky. Nadřazený mikrokontrolér je tedy schopný pomocí těchto dvou pinů jednoduše krokovat správným směrem a definovanou rychlostí. Pokud je třeba, je možné využít tzv. mikrokrokování, které je možné nastavit v registru STEP_MODE.

Pro případ, že chceme uvést velmi rychle obvod do neaktivního stavu, můžeme využít pin STD\RST. Tento signál využijeme zejména při potřebě snížit spotřebu periferie s obvodem L6474 či v havarijních situacích, kdy je nutné rychle obvod dostat do definovaného stavu. Obvody L6474 najdeme ve dvou pouzdrech. Prvním je pouzdro HTSSOP28, které je určeno pro menší aplikace, zatímco obvody L6474 jsou v pouzdru POWERSO36, které poskytuje lepší možnosti pro odvod tepla, a proto se hodí pro nasazení, kde je nutné řídit výkonnější krokové motory.

Výše uvedený popis nových obvodů L6474 určených pro řízení krokových motorů obsahuje stručný popis všech vlastností a možností. Detailní popis, datasheet, je možné najít na webových stránkách. Pro seznámení se s novým obvodem bez toho, aniž bychom cokoliv konstruovali, lze s výhodou použít vývojový kit EVAL6474H. Jak sám název kitu napovídá, je v něm použita varianta obvodu v pouzdru HTSSOP28.

Aktuální informace o novinkách od firmy STMicroelectronics® nejen z této, ale i mnoha dalších oblastí můžete najít na webových stránkách www.st.com. Cenové nabídky je pak možné vyžádat u distributorů.