HALBLEITERHEFT2000
Bipolare Schrittmotorsteuerung
046
5V
IC2 = 4001
IC2a
1
IC3 = 4030
3
e"1
2
IC2 = 4049
T1 T2
2x
R1 R3
IC3a
a b
BC517
IC3d
10 4k7 4k7
2
U/D
3 12
=1 11
15
1 1d
L1
=1
CLK
13
IC1
4
6
T3 T4
Q0
IC4a
A1 L1
12
11 R2 R4
<0A5
Q1
A2
3 2 1a d c
13 1 4k7 4k7
14
Q2 2x
A3
3 2
BC517
4516 Q3
A4
IC2b
5
CI
6
17 4 2c
CO
e"1
PE
5
RST 5V
9
2d
IC3b
IC2c
6
T1 T2
4 8
2x
=1
5 10 2a R1 R3
e"1
9 a b
BC516
5V 10k 10k
L2
2b
T3 T4
16 14 14 1
L1
IC2d
R2 R4
<0A5
IC1 IC2 IC3 IC4 IC3c
13 d c
11 10k 10k
9 1c
2x
8 e"1
8 7 7
10 12
=1
8
BC517
1b
004086 - 11
Von R.T.J.M. van der Heijden
im IC) weglassen kann.
Das Thema Schrittmotoren scheint recht populär zu sein. Auf Viele Schrittmotoren sind für eine Betriebsspannung von 12 V
jede Veröffentlichung in Elektor folgt eine Vielzahl von Leser- ausgelegt. Die Logik-ICs der 4xxx-Serie vertragen glückli-
Reaktionen, so auch auf die I2C-Steuerung für unipolare cherweise Spannungen bis 15...18 V. Bei einer solch hohen Ver-
Schrittmotoren in der Maiausgabe 1999. Die gewünschte Vari- sorgungsspannungen fallen übrigens die Verluste der Brücke
ante für bipolare Schrittmotoren wollen wir nun vorstellen. Ein wenig ins Gewicht. Die Basiswiderstände können dann auf 22
bipolarer Motor besitzt zwei Wicklungen und damit vier k&! erhöht werden. Betreiben Sie - wenn möglich - Logik und
Anschlüsse. Durch jede Wicklung kann ein positiver (+), ein Motor aus der gleichen Spannungsquelle. Ohne Ansteuerung
negativer (-) oder gar kein Strom fließen, wie dies in Tabelle 1 leiten nämlich alle Transistoren der Brücke, so dass ein Kurz-
eingetragen ist. schluss unvermeidlich ist.
Ein Zähler (IC1) zählt die an seinem Takteingang eintreffen- (004086)rg
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).
Ansteuerung der Wicklungen
Da sich die Stromrichtung durch eine Wicklung umkehrt, ist
Phase 2 1 2 3 4 5 6 7 8
jede Wicklung in eine Brückenschaltung von jeweils vier Tran-
Spule 1 + +    +
sistoren aufgenommen. Ein Strom kann nur fließen, wenn ein
Spule 2 + + +   
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.
Dekodierung des Zählers
Die acht Gatterausgänge 1a...d und 2a...d steuern die beiden
 normalen Brückenschaltungen mit jeweils NPN-Transisto- Phase 1 2 3 4 5 6 7 8
ren BC517 an. Der Spannungsabfall an den (vor allem oberen) 1a + + + +
Darlington-Transistoren ist allerdings so groß, dass bei niedri- 1b + + + +
ger Betriebsspannung (zum Beispiel +5 V) für die Wicklungen 1c + + + +
herzlich wenig übrig bleibt. In einem solchen Fall ersetzt man
1d + + + +
die oberen NPN- durch äquivalente PNP-Transistoren des Typs
2a + + + +
BC516. Natürlich muss dann auch die Steuerspannung für die
2b + + + +
PNP-Typen umgekehrt werden. Kein Problem: Die Steuer-
2c + + + +
spannungen 1a, 1b, 2a und 2b liegen auch als 1d, 1c, 2d und
2d + + + +
2c in invertierter Form vor. Das Signal 1a ist dann überflüssig,
so dass man Inverter IC4a (samt den übrigen fünf Invertern
7-8/2000 Elektor 53