Микрошаговый драйвер A3967 для тестера РХХ автомобиля

Продолжение предыдущего обзора о применении NE555
mysku.club/blog/aliexpress/35019.html
Теперь к нему добавился микрошаговый драйвер A3967 и что в итоге получилось.

Плату прислали в приличном герметичном антистатическом пакете

Содержимое

Китайцы не стали гадать, какие пины будут использованы, поэтому просто добавили гребёнку в пакетик — типа откуси сколько тебе надо и запаяй куда требуется. Это вполне нормальное решение, однако требуется пайка, что может отпугнуть некоторых потребителей.
Сама плата


Монтаж аккуратный, флюс привычно недомыт
Описание подключения от производителя

Для простейшего управления, достаточно подключить питание Power In (6-30В), двигатель Motor Coil (обе катушки), входные сигналы Step Input (Шаг) и Direction Input (Направление). Остальные сигналы используются по необходимости.
Даташит микросхемы драйвера A3967
Если хотите почитать о шаговых двигателях, приведу несколько ссылок
Книга о шаговых двигателях
О принципах управления
Наглядно работа шаговых двигателей
Щёлкните на изображении — именно так работает биполярный шаговый двигатель в полушаговом режиме


Драйвер позволяет управлять биполярным шаговым двигателем (ШД) в следующих режимах:
Полушаговый — на обмотки подаются импульсы с полной амплитудой питающего напряжения, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Это самый распространённый метод управления ШД, имеющий следующие недостатки — повышенный нагрев на малых скоростях, низкая точность позиционирования, повышенный шум работы (щелчки шагов).
Полушаговый с токоограничением — на обмотки подаются импульсы ШИМ для ограничения тока через обмотки независимо от питающего напряжения и сопротивления обмоток, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Недостатки — низкая точность позиционирования, повышенный шум работы (щелчки шагов + писк ШИМ даже без вращения).
Микрошаговый — похож на предыдущий, но форма тока через обмотки напоминает синусоиду с заданной точностью. Поддерживаются микрошаговые режимы 1/2, 1/4 и 1/8. Недостатки — писк ШИМ, который при медленном вращении постоянно изменяется, т.к. изменяется ток обмоток. Вот так забавно пищит двигатель у меня

Реальная схема платы драйвера

Драйвер имеет широкий диапазон питающего напряжения 6-30В и выдаёт на двигатель максимальный ток 750мА
На плате уже имеется стабилизатор напряжения для питания логики +5В либо +3,3В (при установке соответствующей перемычки)
Кроме того, стоят датчики тока в цепи питания обмоток и регулятор уставки тока, позволяющий задавать его в пределах 280мА — 830мА

Ну и наконец, для чего-же я его использовал? Был изготовлен тестер РХХ (Регулятор Холостого Хода), который как раз представляет собой биполярный шаговый двигатель. Некоторые автовладельцы и авторемонтники РХХ по ошибке называют датчиком.
Почти в любом бензиновом инжекторном авто стоит РХХ, который поддерживает установленные обороты двигателя на холостом ходу за счет изменения количества воздуха, подаваемого в двигатель при закрытом дросселе. РХХ расположен на дроссельном патрубке и представляет собой шаговый двигатель анкерного типа с двумя обмотками. Через червячную передачу вращательное движение шагового двигателя преобразуется в поступательное движение штока. Конусная часть штока располагается в канале подачи воздуха для обеспечения регулирования холостого хода двигателя. Шток регулятора выдвигается или втягивается в зависимости от управляющего сигнала контроллера. Регулятор холостого хода регулирует частоту вращения коленчатого вала в режиме холостого хода, управляя количеством воздуха, подаваемым в обход закрытой дроссельной заслонки. В полностью выдвинутом положении, конусная часть штока перекрывает подачу воздуха в обход дроссельной заслонки. При открывании клапан обеспечивает расход воздуха, пропорциональный перемещению штока (количеству шагов) от своего седла. На прогретом двигателе контроллер, управляя перемещением штока, поддерживает постоянную частоту вращения коленчатого вала на холостом ходу независимо от состояния двигателя и от изменения нагрузки.

Плата была немного доработана для конкретного применения:
— Установлены резисторы подтяжки 10кОм на входы Step и Direction, чтобы зафиксировать уровень при коммутации цепи
— Сдвинута вниз уставка токоограничения на 170мА — 500мА при помощи добавочного резистора до подстроечника, т.к. рабочий ток РХХ всего 180-200мА


Полная схема готового устройства совместно с генератором NE555

Дополнительно в цепи питания поставлен диод защиты от обратной полярности. Питается генератор от стабилизатора платы драйвера.
Нагрев платы драйвера незначителен.
В качестве тестового двигателя, использовал PXX 21203-1148300-04 от Нивы

После сборки на столе, проверил работу во всех режимах и в итоге выбрал микрошаг 1/8, наладил частоту генератора и токоограничение драйвера на уровне 180мА
Полученная осциллограмма тока в обмотках действительно напоминает синусоиду

Показать форму тока сразу в обоих обмотках не могу, т.к. осциллограф не работает с дифференциальными сигналами и имеет общую массу.
Амплитуда напряжений импульсов на обмотках равна питающему напряжению за вычетом падения напряжения на драйвере, т.к. он работает исключительно в ключевом режиме.


Для многих радиолюбителей, основная проблема — изготовить корпус для получения законченного изделия. Свои корпуса из чего только не делал: картон, гетинакс, текстолит, жесть, пластиковые коробочки (мыльницы, распаячные коробки). Сейчас чаще стараюсь брать готовые корпуса из старых устройств и приборов. На этот раз попался под руку старое неисправное промышленное реле времени ВЛ-64.

Внутренности были удалены, переменный резистор 15кОм оставлен — он пригодился вместо нижнего резистора генератора для оперативной подстройки частоты

Все компоненты неплохо там разместились, платы закреплял термоклеем.

Кнопку взял КМ-1, тумблеры МТ1

Получилось как-то так



Описание органов управления:
Кнопка «Пуск» — работа регулятора
Тумблер «В/З» — выдвинуть либо задвинуть шток регулятора
Тумблер «М/Б» — медленное либо быстрое движение штока регулятора. Медленное движение используется для управления установленным на авто РХХ. Быстрое движение используется для обслуживания РХХ (чистка и смазка), для съёма — установки штока.
Ручка регулятора — плавная настройка скорости движения штока РХХ. Единственная особенность — при вращении ручки по часовой стрелке, скорость движения снижается.
Для удобного подключения питания на провода установлены зажимы «крокодил», на выходе драйвера установлен унифицированный разъём подключения РХХ. Вся работа не торопясь заняла один выходной день — быстрее, чем писал этот обзор :)

Видео работы тестера РХХ на столе


Видео работы тестера РХХ на автомобиле

За видео просьба не пинать, других рук не имею…
В дальнейшем, расширю функционал — добавлю возможность проверки топливных форсунок.

Вывод: данный драйвер неплохо подходит для качественного управления маломощным биполярным шаговым двигателем. Если нужен более мощный драйвер — присмотритесь например к этому A4988 (A4983)