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Driver per motori stepper ad alta velocità

In campo hobbystico, i motori stepper sono spesso la soluzione più semplice ed economica per realizzare movimenti di precisione.
In internet è facile trovare centinaia di foto di stampanti 3D e di pantografi CNC a 3 assi che usano questi motori.

In questa pagina presento una elettronica idonea al pilotaggio di motori stepper bipolari di piccola e media taglia.
Le caratteristiche di questo driver sono notevoli, in quanto è realizzato attorno ad un moderno circuito integrato.

Caratteristiche

Queste le caratteristiche principali:
- alimentazione da 12V a 35V;
- adatto al pilotaggio di motori bipolari (4, 6 o 8 fili) con corrente di fase di diversi ampere;
- pilotaggio a passo intero, 1/2 passo, 1/4 di passo, 1/16 di passo.

Le prime elettroniche non erano in grado di far raggiungere ai motori velocità superiori a 3 o 4 giri al secondo. Con il perfezionarsi delle tecniche di pilotaggio, le velocità massime di rotazione sono aumentate.
I circuiti di pilotaggio "hobbistici" con DSP permettono di raggiungere frequenze di step di circa 40kHz.

Con questo driver è possibile raggiungere regimi di rotazione di oltre 60 giri al secondo con motori da 200 passi/giro e pilotaggio ad 1/16 di passo (frequenza di step = 200kHz), e con bassa dissipazione di calore..

Per il test del prototipo, ho usato un motore Nema23 da 3A per fase (resistenza degli avvolgimenti = 1 ohm).

I MOSFET impiegati sopportano una corrente massima di 20A.
Ma la corrente massima erogabile può essere limitata dal numero di giri o dalla coppia richiesta al motore, o dalle caratteristiche elettriche di questo.
Anche la massima temperatura raggiungibile dal motore ed il tempo di utilizzo limitare la corrente applicabile sugli avvolgimenti.
La corrente massima erogata è impostabile mediante il trimmer multigiri presente sul circuito. Opzionalmente, è possibile controllare la corrente sul motore tramite una tensione fornita dall'esterno.

Il circuito

Particolari accorgimenti durante la fase di sbroglio hanno permesso di realizzare il driver su circuito stampato a doppia faccia, con tutti i componenti su un lato.
La serigrafia sul lato saldature riporta le funzioni dei dip-switches e dei connettori.

Il lato saldature è quasi interamente coperto di rame per disperdere al meglio l'eventuale calore prodotto dai MOSFET. Allo scopo, sono presenti quattro fori di fissaggio per un possibile dissipatore.

Il circuito stampato del prototipo è stato prodotto da dirtypcb.com .

Sono stato molto contento quando ho ricevuto questi circuiti!

Download

Schema elettrico
Schema di montaggio

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