HALBLEITERHEFT2000

53

7-8/2000

Elektor

Von R.T.J.M. van der Heijden

Das Thema Schrittmotoren scheint recht populär zu sein. Auf
jede Veröffentlichung in Elektor folgt eine Vielzahl von Leser-
Reaktionen, so auch auf die I

2

C-Steuerung für unipolare

Schrittmotoren in der Maiausgabe 1999. Die gewünschte Vari-
ante für bipolare Schrittmotoren wollen wir nun vorstellen. Ein
bipolarer Motor besitzt zwei Wicklungen und damit vier
Anschlüsse. Durch jede Wicklung kann ein positiver (+), ein
negativer (-) oder gar kein Strom fließen, wie dies in Tabelle 1
eingetragen ist.
Ein Zähler (IC1) zählt die an seinem Takteingang eintreffen-
den positiven Flanken und setzt sie in binärer Form auf die
drei Ausgänge Q0...Q2. Der Status des UP/DOWN-Anschlus-
ses bestimmt, ob der 4516 aufwärts (U/D = 1) oder abwärts
(U/D = 0) zählt. Die binären Ausgänge werden durch die fol-
genden Gatter dekodiert, so dass alle für den bipolaren Schritt-
motor notwendigen Zustände entstehen (Tabelle 2).
Da sich die Stromrichtung durch eine Wicklung umkehrt, ist
jede Wicklung in eine Brückenschaltung von jeweils vier Tran-
sistoren aufgenommen. Ein Strom kann nur fließen, wenn ein
diagonal gegenüberliegendes Transistorpaar leitet, also ent-
weder T1 und T4 oder T2 und T3. Die übrigen Transistoren
müssen gleichzeitig sperren, da ansonsten ein Kurzschluss
entsteht.
Die acht Gatterausgänge 1a...d und 2a...d steuern die beiden
“normalen” Brückenschaltungen mit jeweils NPN-Transisto-
ren BC517 an. Der Spannungsabfall an den (vor allem oberen)
Darlington-Transistoren ist allerdings so groß, dass bei niedri-
ger Betriebsspannung (zum Beispiel +5 V) für die Wicklungen
herzlich wenig übrig bleibt. In einem solchen Fall ersetzt man
die oberen NPN- durch äquivalente PNP-Transistoren des Typs
BC516. Natürlich muss dann auch die Steuerspannung für die
PNP-Typen umgekehrt werden. Kein Problem: Die Steuer-
spannungen 1a, 1b, 2a und 2b liegen auch als 1d, 1c, 2d und
2c in invertierter Form vor. Das Signal 1a ist dann überflüssig,
so dass man Inverter IC4a (samt den übrigen fünf Invertern

im IC) weglassen kann.
Viele Schrittmotoren sind für eine Betriebsspannung von 12 V
ausgelegt. Die Logik-ICs der 4xxx-Serie vertragen glückli-
cherweise Spannungen bis 15...18 V. Bei einer solch hohen Ver-
sorgungsspannungen fallen übrigens die Verluste der Brücke
wenig ins Gewicht. Die Basiswiderstände können dann auf 22
k

Ω erhöht werden. Betreiben Sie - wenn möglich - Logik und

Motor aus der gleichen Spannungsquelle. Ohne Ansteuerung
leiten nämlich alle Transistoren der Brücke, so dass ein Kurz-
schluss unvermeidlich ist.

(004086)rg

Bipolare Schrittmotorsteuerung

046

Ansteuerung der Wicklungen
Phase 2

1

2

3

4

5

6

7

8

Spule 1

+

+

–

–

–

+

Spule 2

+

+

+

–

–

–

Dekodierung des Zählers
Phase

1

2

3

4

5

6

7

8

1a

+

+

+

+

1b

+

+

+

+

1c

+

+

+

+

1d

+

+

+

+

2a

+

+

+

+

2b

+

+

+

+

2c

+

+

+

+

2d

+

+

+

+

10

15

4

3

5

1

7

2

14

11

6

IC1

12

13

U/D

CLK

A1

A2

A3

A4

CI

PE

9

RST

Q0

Q1

Q2

Q3

CO

4516

1

2

3

IC2a

≥1

6

5

4

IC2b

≥1

8

9

10

IC2c

≥1

13

12

11

IC2d

≥1

1

2

3

IC3a

=1

6

5

4

IC3b

=1

8

9

10

IC3c

=1

3

2

1

IC4a

12

13

11

IC3d

=1

L1

<0A5

T1

T3

T2

T4

R1

4k7

R2

4k7

R3

4k7

R4

4k7

5V

L2

<0A5

T3

T4

R1

10k

R2

10k

R3

10k

R4

10k

5V

IC1

16

8

IC2

14

7

IC3

14

7

IC4

8

1

5V

IC2 = 4001

IC3 = 4030

IC2 = 4049

004086 - 11

BC517

2x

BC517

2x

2x

BC517

2x

T1

T2

BC516

L1

L1

1d

1a

2c

2d

2a

2b

1c

1b

a

d

b

c

a

d

b

c