Drivers

O bloco de driver é responsável por ligar e desligar a corrente em cada bobina do motor e controlar a sua direcção. Ele é ligado directamente às bobinas do motor de passo e à tensão de alimentação do motor e é controlado por um sistema digital, o controlador, que determina quando os interruptores devem ligar ou desligar [88].

Os circuitos de driver variam conforme se comanda um motor de passo de relutância variável, de íman permanente, unipolar ou bipolar, ou híbrido também nestes dois modos [88]. Em relação aos de ímanes permanentes e híbridos, é possível usar um

driver bipolar para controlar um motor unipolar, não sendo, no entanto, permitido o

inverso, devido à derivação central das bobinas [92].

Motor de relutância variável

O driver de um motor de relutância variável possui, para cada enrolamento do motor, um bloco de comando em semicondutores, que está representado por um quadrado na Figura 3-45, funcionando como um interruptor. O seu comando é feito por sinais vindos do controlador.

Figura 3-45: Driver de um motor de relutância variável [88]

Os enrolamentos dos motores de passo são cargas indutivas e, por isso, a sua corrente não pode ser ligada e desligada instantaneamente sem que surjam tensões muito elevadas. Quando um interruptor é fechado, permitindo que a corrente atravesse o enrolamento, o resultado é um aumento suave da corrente. Quando o interruptor é aberto, o resultado é um pico de tensão que pode danificar o interruptor. Uma forma simples de proteger os interruptores é colocar, em paralelo com o enrolamento do motor, um díodo (Figura 3-46) [88].

Figura 3-46: Esquema de protecção dos enrolamentos com um doído [88]

Devem ser usados díodos rápidos, para que à alteração do estado dos interruptores haja uma resposta atempada. O díodo deve permitir que a corrente atravesse os enrolamentos do motor e apenas conduz, por breves instantes, no momento em que o interruptor é aberto e são criadas tensões elevadas na bobina [88].

Motor de íman permanente ou híbrido unipolar

O driver de um motor unipolar possui, para cada metade de enrolamento do motor, um bloco de comando em semicondutores, que está representado por um quadrado na Figura 3-47. O seu comando é igualmente feito por sinais vindos do controlador.

Figura 3-47: Driver de um motor de íman permanente ou híbrido unipolar [88]

Nestes motores, tal como nos de relutância variável, também é necessário o uso de díodos rápidos, como forma de protecção dos enrolamentos. Neste caso, são necessários quatro díodos, sendo os dois díodos extras essenciais, dado que cada enrolamento possui uma derivação central ligada a uma tensão de alimentação [88].

Motor de íman permanente ou híbrido bipolar

O driver de um motor bipolar é mais complexo que os outros apresentados anteriormente. Como não possui derivação central, para inverter a direcção do campo magnético produzido pelos enrolamentos, é necessário inverter a corrente nos enrolamentos, sendo necessária a utilização de uma ponte H, como a usada nos motores

DC. Na Figura 3-48, os interruptores são igualmente representados por quadrados e comandados por sinais vindos do controlador.

Figura 3-48: Driver de um motor de íman permanente ou híbrido unipolar [88]

Nestes motores, o uso de díodos rápidos, como forma de protecção dos enrolamentos, também é estritamente necessário.

3.4.3 Solução implementada

Até agora foram explicadas as formas de controlar um motor de passo. Verificou-se que é necessário o uso de um controlador e de um driver. Um estudo do mercado mostrou que existem circuitos integrados que possuem as duas funções e outros que tem apenas uma delas.

Como já foi referido, o motor utilizado é do tipo híbrido, com modo de alimentação bifilar. Como os seus enrolamentos foram ligados de forma a obter-se um motor bipolar paralelo, o driver pretendido, para além de permitir esta característica, deve ser capaz de satisfazer os valores de tensão (6.9V) e de corrente (1.41A).

O integrado MC3479 da ON Semiconductor incorpora tanto o circuito de controlo como o de driver, suportando uma corrente de 350mA por fase e uma tensão entre os 7.2V e os 16.5V. Possui entradas para definir o sentido de rotação, escolher o modo de accionamento e clock [93]. Como se verifica, este integrado não pode ser utilizado, visto que tanto a tensão como a corrente não estão dentro dos limites desejados.

O L297 é um circuito integrado da STMicroelectronics que implementa apenas um controlador. São aplicados sinais para definir o modo de accionamento, o sentido de rotação e o clock. Este integrado tem que ser utilizado em conjunto com um circuito de

L298, já usado para controlar os motores DC. Verifica-se ainda que este integrado é capaz de suportar os limites de tensão e corrente impostos pelo motor de passo [75][94].

Assim, escolheu-se o conjunto L297/L298 e implementou-se o circuito representado na Figura 3-49. Também aqui são utilizados díodos rápidos para proteger o integrado das tensões geradas nos enrolamentos do motor, e condensadores para filtrar ruídos.

Figura 3-49: Esquemático do circuito de accionamento do motor de passo

O L297 é um controlador que gera quatro saídas para um driver de um motor de passo bipolar de duas fases ou unipolar de quatro fases. Este circuito apenas necessita de um sinal de clock, direcção e modo de accionamento, para gerar os sinais de controlo necessários para o circuito de potência. O seu esquemático pode ser visto na Figura 3-50.

As funções principais são realizadas pelo bloco translator que gera a sequência de fases para o motor (saídas ABCD) e o chopper que regula a corrente nos enrolamentos do motor. A sequência de fases do motor pode ter diferentes configurações, como se verificou no subcapítulo dos modos de accionamento, sendo o modo determinado pela entrada Half/Full. Os dois sinais de inhibit, Inh1 e Inh2, são ligados directamente às entradas de Enable do integrado L298 e destinam-se a aumentar a velocidade de decaimento da corrente, quando uma bobina é desernegizada. Estes sinais são gerados nos modos half step e wave excitation. O sinal Enable permite habilitar ou desabilitar o motor de passo e o Direction determina qual o seu sentido de rotação. As duas entradas Sens verificam o consumo dos motores e comparam-no com o valor de VREF.

Para accionar um motor de passo deve ser seguido o diagrama temporal da Figura 3-51. Inicialmente, deve ser efectuado o Reset; são, de seguida, dados os sinais de direcção (CW/CCW) e modo de accionamento (Half/Full); por fim, dá-se um impulso de Clock.

Figura 3-51: Diagrama temporal do L297 [94]

Ligado ao L297, encontra-se o circuito integrado L298 (Figura 3-22), onde cada meia ponte é responsável por comandar um dos enrolamentos do motor de passo. O seu princípio de funcionamento encontra-se explicado no ponto referente ao controlo dos motores DC. A protecção dos integrados deve ser feita com díodos rápidos com um trr≤200ns e uma In>2A [75], tendo-se utilizado os díodos BYW36 que suportam estas

3.4.4 Conclusões

Concluiu-se que o comando de um motor de passo deve ser feito com um controlador e um driver. O controlador pode ser implementado por hardware ou software. O circuito de driver está intimamente ligado ao tipo de motores e ao seu modo de alimentação.

No projecto em causa, optou-se por um controlador em hardware em conjunto com uma ponte H. Esta opção deveu-se ao facto da ponte H ser a mesma já utilizada para o controlo dos motores DC, o que reduz o custo do componente.