Image14 (20)

Projekty AVT

Projekty AVT

OUT2    VS    COT3    OUT4

o    o    o

Rys. 2 Budowa wewnętrzna układu L298N Rys. 3 Budowa wewnętrzna układu L297

Vcc    a Tim b c iTJhź u

Opis działania zaczniemy trochę od końca, mianowicie od analizy stopnia mocy, zrealizowanego na układzie U2 (L298N), który zawiera dwa tranzystorowe mostki mocy i konwertery napięć, pozwalające sterować nimi z poziomu TTL, posiada również zabezpieczenie termiczne. Schemat wewnętrzny tego układu znajduje się na rysunku 2. Napięcie +5V (VCC) doprowadzone do nóżki 9 zasila część logiczną układu. Kolektory górnych tranzystorów mostków mocy (dołączone do końcówki 4) zasilane są oddzielnym napięciem stałym (VS) +36 V ze złącza J6. Bipolarny silnik krokowy dołączony jest za pośrednictwem złącz śrubowych J7, J8 do wyjść 2, 3, 13, 14 tegoż układu. W celu zapewnienia ochrony układu U2 przed natychmiastowym zniszczeniem w wyniku przepięcia, pojawiające się na zaciskach wyjściowych podczas przełączania prądów w uzwojeniach silnika krokowego, między wyjścia i napięcie zasilania (VS) oraz między wyjścia i masę dołączono diody D7-D14. Aby zapewnić skuteczną ochronę (recyrkulację prądów), diody muszą być szybkimi diodami Schottkv*ego o prądzie przewodzenia powyżej 2A. Istnieje wersja układu L298D, integrująca w sobie diody zabezpieczające, lecz w modelowym układzie nie została zastosowana. Maksymalna wydajność prądowa wyjść wynosi 2A. Dolne emitery tranzystorów mostków mocy połączone są w pary dla każdego z mostków i połączone z końcówką 1 dla pierwszego mostka i końcówką 15 dla drugiego. Między te końcówki a masę włącza się rezystory pomiarowe R12 i R13, na których odkłada się spadek napięcia, proporcjonalny do prądu płynącego przez uzwojenia silnika. Generator sekwencji sterującej, układ Ul (L297) zasilany jest napięciem (VCC) +5V podawanym na nóżkę 12 i ma wejścia sterujące i wyjścia w standardzie TTL. ewentualnie typu „otwarty kolektor”. Budowę wewnętrzną układu L297 widzimy na rysunku 3. Głównym blokiem tego układu jest translator, który odpowiada za generowanie sekwencji sterującej na wyjściach sterujących A, B, C, D, INH1, INH2. Kolejny blok :o podwójny czoper (siekacz), zawiera generator, dwa komparatory oraz dwa przerzutniki i odpowiada za regulację prądu silnika. Regulacja odbywa się w sposób napięciowy. Napięcie odniesienia przyłożone do wyprowadzenia VREF, czyli na wejście nieodwra-cąjące komparatora, ustala próg wyłączania prądu silnika. Poniższy tekst zawiera opis działania jednego czopera, gdyż drugi działa identycznie. Generator dostarcza przebiegu, który ustawia wyjście przerzutnika FF1 w stan wysoki. Prąd płynący przez uzwojenie siln ka wywołuje spadek napięcia na rezystorach pomiarowych R12 i R13. Napięcie to jest doprowadzane do wejścia odwracającego komparatora SENS1. Gdy napięcie przekroczy zadaną wartość (SENS1>VREF), wyjście komparatora zmienia stan i ustawia wyjście

przerzutnika FF1 w stan niski, co powoduje ustawienie na wszystkich wyjściach sterujących stanu niskiego, czyli przerwanie prądu płynącego pr/ez silnik. Chwilę potem przebieg z generatora ustawia wyjście przerzutnika FF1 w stan wysoki i cała procedura się powtarza. Tak działa impulsowa regulacja prądu silnika i dzięki niej sprawność jest większa niż w prostych sterownikach. Częstotliwość pracy generatora jest wyznaczana elementami R3 i Cl. Aby zminimalizować zakłócenia elektromagnetyczne przy jednoczesnej pracy kilku sterowników, producent układu zapewnił możliwość synchronizacji czoperów, co obrazuje rysunek 4. Wejścia SYNC wszystkich sterowników naieży połączyć ze sobą. Wystarczy aby pracował generator z elementami R3 i Ci tylko w jednym sterowniku (Master), a w następnych sterownikach nóżka 16 powinna hyć zwarta do masy (Slave). W prezentowanym układzie ustawienie Master-Slave realizowane jest zwarciem jumperkiem odpowiednich goldpinów oznaczonych J4, a wyjście SYNC dostępne jest na parze goldpinów J2.

Przeanalizujmy teraz zależności pomiędzy wejściami sterującymi dostępnymi na pinach złącza J1 a pracą silnika. Numery pinów tego złącza podaję w nawiasach za nazwą linii sterującej Rezystor R?. ustala stan niski na wejściu ENABLE (1), co powoduje ustawienie na wszystkich wyjściach sterujących stanu niskiego niezależnie od stanów logicznych na innych wejściach, w konsekwencji powoduje to zablokowanie przepływu prądu w silniku krokowym. Podanie na to wejście stanu wysokiego włącza prąd w uzwojeniach silnika, co doczne dzięki zaświeceniu diody LED D3.

Dioda ta jest sterowana poprzez rezystor R5 z wyjścia negatora U3E, a którego wejście jest połączone z wejściem ENABLE (1). Zmiana kierunku obrotów silnika na przeciwne następuje w wyniku zmiany stanu logicznego na wejściu D I R E C T I O N CW/CCW (10) i dzięki wewnętrznemu układowi synchronizującemu może być asynchroniczna w stosunku do sygnału taktującego wejście CLOCK. (9), przy czym kierunek obrotów jest umowny, zależny od podłączenia uzwojeń silnika do sterownika. W momencie pojawienia się narastającego zbocza przebiegu taktującego na wejściu CLOCK (9) silnik wykonuje jeden krok lub jeden półkrok. zależnie od ustawionego aktualnie trybu pracy. Tryb pracy jest zależny od stanu na wejściu IIALF/TULL (7). Zależność ta nic jest tak oczywista, jakby się mogło wydawać z pobieżnej analizy, gdyż mamy tylko dwa sterujące stany logiczne: wysoki i niski, a trybów pracy aż trzy: półkrokowy, dwufazowy

1    jednofazowy. Rezystor R4 podciąga wejście HALF/FULL (7) oraz wejście inwertera U3F do stanu wysokiego, co wymusza pracę pół-krokową oraz powoduje pojawienie się stanu niskiego na wyjściu tego inwertera. co owocuje zaświeceniem diody LED D4. Zaświecenie tej diody sygnalizuje, że silnik pracuje półkrokowo, a rezystor R6 ogranicza płynący przez nią prąd. Diagram na rysunku 5a obrazuje sekwencję generowaną przez translator do pracy w trybie półkrokowym. Widać na nim, źc translator w tym trybie przyjmuje kolejno jeden z ośmiu stanów, oznaczonych na rysunku cyframi od 1 do 8 Jeżeli zmiana stanu na wejściu HALF/FULL (7) z wysokiego na niski jest dokonana w czasie, gdy translator jest w' jednym ze stanów nieparzystych, to przechodzi on do pracy dwufazowej, sekwencję tę widzimy na rysunku 5b. Natomiast rysunek 5c przedstawia sekwencję generowaną do pracy jednofazowej, gdy zmiana stanu na wejściu IIALF/FULL (7)

2    wysokiego na niski jest dokonana w czasie, gdy translator jest w jednym ze stanów

Elektronika d a Wszystkich Maj2006 19