RU2708073C1 - Method for stabilization of current level in winding of two-phase bipolar stepper motor in full-step mode and driver for its implementation - Google Patents
Method for stabilization of current level in winding of two-phase bipolar stepper motor in full-step mode and driver for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708073C1 RU2708073C1 RU2019101860A RU2019101860A RU2708073C1 RU 2708073 C1 RU2708073 C1 RU 2708073C1 RU 2019101860 A RU2019101860 A RU 2019101860A RU 2019101860 A RU2019101860 A RU 2019101860A RU 2708073 C1 RU2708073 C1 RU 2708073C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- current level
- winding
- input
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 102100023661 Coiled-coil domain-containing protein 115 Human genes 0.000 description 1
- 101710155594 Coiled-coil domain-containing protein 115 Proteins 0.000 description 1
- 101100464782 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) CMP2 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/12—Control or stabilisation of current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/22—Control of step size; Intermediate stepping, e.g. microstepping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам управления шаговыми двигателями (ШД).The invention relates to electrical engineering, and in particular to methods and devices for controlling stepper motors (SH).
Наиболее широко при работе биполярного ШД используется полношаговый режим, как позволяющий развивать максимальный момент. При этом регулирование тока в обмотках обеспечивается импульсным регулятором, который на интервале отключения обмотки от источника тока обеспечивает медленный спад тока (slow decay mode) для минимизации частоты переключений и уровня пульсаций.The most widely used operation of a bipolar SD is a full-step mode, which allows you to develop maximum torque. At the same time, the current regulation in the windings is provided by a pulse regulator, which ensures a slow decay mode to minimize switching frequency and ripple during the interval the winding is disconnected from the current source.
Известны технические решения, которые применяются для стабилизации уровня тока в обмотке двухфазного шагового двигателя при его работе в полношаговом режиме. Наиболее широко применяются способы стабилизации тока в обмотке ШД, включающие в себя циклическую подачу напряжения питания на обмотку, сравнение тока в питающей диагонали моста с пороговым значением на интервале времени от момента подачи напряжения до достижения величиной тока порогового значения и снятие напряжения питания с обмотки на фиксированный по длительности интервал времени. Такое решение применяется в большинстве современных драйверов ШД. Например в А4989 Allegro Microsystems [1] или ТМС262 TRINAMIC Motion Control GmbH & Co. KG [2]. Необходимость использования фиксированного по длительности интервала времени выключенного состояния (Fixed Off-Time) вызвано отсутствием информации о величине тока при отключении обмотки ШД от источника питания. Недостаток данного способа обусловлен тем что, несмотря на непрерывность тока в обмотке ШД, при использовании в качестве чувствительного элемента датчика тока резистора включенного между нижней точкой питающей диагонали силового моста и минусом источника питания, при выключении напряжения питания обмотки ток в нем прерывается. Из-за этого независимо от величины тока на момент окончания отрезка времени «Fixed Off-Time» приходится подавать напряжение на обмотку. Это, если ток в этот момент больше порогового значения, приводит к дополнительному приросту тока вместо его снижения и повышению частоты переключения, что, в свою очередь, повышает нагрев элементов силового моста. Описание работы ключей силового моста и характер изменения токов приведены, например, в [3].Known technical solutions that are used to stabilize the current level in the winding of a two-phase stepper motor during its operation in full-step mode. The most widely used methods of stabilizing the current in the SM winding include cycling the supply voltage to the winding, comparing the current in the supply diagonal of the bridge with a threshold value in the time interval from the moment the voltage was applied until the current value reaches the threshold value and removing the supply voltage from the winding to a fixed duration time interval. This solution is used in most modern drivers of motor drives. For example, in A4989 Allegro Microsystems [1] or TMC262 TRINAMIC Motion Control GmbH & Co. KG [2]. The need to use a fixed Off-Time interval of time (Fixed Off-Time) is caused by the lack of information about the current when disconnecting the motor winding from the power source. The disadvantage of this method is due to the fact that, despite the continuity of the current in the SM winding, when using a resistor connected between the lower point of the power diagonal of the power bridge and the minus of the power source as a sensitive element of the current sensor, the current in it is interrupted when the supply voltage of the winding is turned off. Because of this, regardless of the magnitude of the current, at the end of the “Fixed Off-Time” time period, it is necessary to apply voltage to the winding. This, if the current at this moment is greater than the threshold value, leads to an additional increase in current instead of lowering it and increasing the switching frequency, which, in turn, increases the heating of the power bridge elements. A description of the operation of the power bridge keys and the nature of the current changes are given, for example, in [3].
При работе ШД в полношаговом режиме стабилизация уровня тока в обмотке обеспечивается включением и отключением верхнего ключа в одном плече силового моста, при постоянно подключенном нижнем ключе - в другом плече. В [4] для обеспечения постоянного протекания тока обмотки ШД через чувствительный элемент датчика тока аноды защитных диодов нижних транзисторов силового моста подключены к минусу источника питания, как показано на FIG.3 [4]. Такое решение не может быть применено на практике так как в современных силовых транзисторах как биполярных, так и полевых, р - n переход или канал сток - исток зашунтированы диодом в обратном включении, физически входящим в состав транзистора. Поэтому при отключении верхнего ключа силового моста при достижении током порогового значения большая часть тока пройдет по контуру (Slow decay), показанному на рисунке 1 в [3], то есть мимо измерительного резистора.When the motor drive is operating in full-step mode, stabilization of the current level in the winding is ensured by turning the top switch on and off in one arm of the power bridge, with the lower key constantly connected in the other arm. In [4], to ensure the constant flow of the current of the SM winding through the sensitive element of the current sensor, the anodes of the protective diodes of the lower transistors of the power bridge are connected to the minus of the power source, as shown in Fig.3 [4]. Such a solution cannot be applied in practice since in modern power transistors, both bipolar and field, the p - n junction or the drain - source channel is shunted by the reverse switching diode, which is physically part of the transistor. Therefore, when the top switch of the power bridge is turned off when the current reaches the threshold value, most of the current will pass along the circuit (Slow decay) shown in Figure 1 in [3], that is, by the measuring resistor.
За прототип авторами принято техническое решение, описанное в [1]. Задачей предполагаемого изобретения является повышение точности стабилизации тока и снижение количества переключений ключей силового моста. Решение этой задачи достигается за счет того, что превышение уровнем тока заданного верхнего порогового значения определяют в нижнем плече того силового полумоста, в котором ток течет в прямом направлении, обеспечивая непрерывный контроль уровня тока в любой момент его протекания в обмотке, а очередное включение напряжения питания производят при достижении уровнем тока заданного нижнего порогового значения.For the prototype, the authors adopted the technical solution described in [1]. The objective of the proposed invention is to increase the accuracy of stabilization of the current and reduce the number of switching keys of the power bridge. The solution to this problem is achieved due to the fact that the current level exceeds a predetermined upper threshold value in the lower arm of the power half-bridge in which the current flows in the forward direction, providing continuous monitoring of the current level at any time during its flow in the winding, and the next inclusion of the supply voltage produce when the current level reaches a predetermined lower threshold value.
Для реализации предлагаемого способа стабилизации уровня тока в обмотке двухфазного шагового двигателя в его драйвер введены дополнительный измерительный резистор и дополнительный компаратор. Причем нижняя точка правого силового полумоста соединена через дополнительный измерительный резистор с отрицательным выводом источника питания шагового двигателя и со вторым входом дополнительного компаратора, первый вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя. Второй вход блока формирования сигнала стабилизации тока соединен с первым выходом блока формирования управляющих сигналов, третий выход которого соединен с четвертым входом блока формирования сигнала стабилизации тока, третий вход которого соединен с выходом дополнительного компаратора. Блок формирования сигнала стабилизации тока содержит логический элемент 2ИЛИ и два логических элемента 2И, выходы которых подключены к входам логического элемента 2ИЛИ, чей выход является выходом блока формирования сигнала стабилизации тока, четыре входа которого соединены соответственно с входами логических элементов 2И.To implement the proposed method for stabilizing the current level in the winding of a two-phase stepper motor, an additional measuring resistor and an additional comparator are introduced into its driver. Moreover, the lower point of the right power half-bridge is connected through an additional measuring resistor to the negative output of the stepper motor power source and to the second input of the additional comparator, the first input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter. The second input of the current stabilization signal generating unit is connected to the first output of the control signal generating unit, the third output of which is connected to the fourth input of the current stabilization signal generating unit, the third input of which is connected to the output of an additional comparator. The current stabilization signal generating unit contains a 2OR logic element and two 2I logic elements whose outputs are connected to the inputs of the 2OR logic element, whose output is the output of the current stabilization signal generating unit, the four inputs of which are connected respectively to the inputs of 2I logic elements.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг. 1. Схема протекания тока через чувствительный элемент датчика, характерная для прототипа и аналогов.FIG. 1. The flow of current through the sensitive element of the sensor, characteristic of the prototype and analogues.
Фиг. 2. Предлагаемая схема протекания тока через чувствительные элементы датчика.FIG. 2. The proposed scheme for the flow of current through the sensitive elements of the sensor.
Фиг. 3. Функциональная схема драйвера двухфазного биполярного шагового двигателя с контуром стабилизации уровня тока в обмотке, реализующим предлагаемый способ.FIG. 3. Functional diagram of the driver of a two-phase bipolar stepper motor with a circuit to stabilize the current level in the winding that implements the proposed method.
Фиг. 4. Электрическая принципиальная схема возможного исполнения драйвера полумоста.FIG. 4. Electrical schematic diagram of a possible execution of a half-bridge driver.
Фиг. 5. Результаты компьютерного моделирования работы ШД, драйвер которого реализует способ стабилизации уровня тока, описанный в [1] (прототип).FIG. 5. The results of computer simulation of the operation of a stepper motor, the driver of which implements a method of stabilizing the current level described in [1] (prototype).
Фиг. 6. Результаты компьютерного моделирования работы ШД, драйвер которого реализует предлагаемый способ стабилизации уровня тока.FIG. 6. The results of computer simulation of the operation of a stepper motor whose driver implements the proposed method for stabilizing the current level.
Фиг. 7. Осциллограммы изменения тока фазы А в крупном масштабе для предлагаемого способа и прототипа при отработке одного и того же участка типовой циклограммы, полученные методом компьютерного моделирования.FIG. 7. Oscillograms of the phase A current change on a large scale for the proposed method and prototype when working out the same section of a typical cyclogram obtained by computer simulation.
На фиг. 1 показана характерная для аналогов и прототипа схема протекания тока в цепях силового моста. Сплошной линией показан путь протекания тока через обмотку ШД при подключенном к силовому мосту источнике питания (ключи В и С замкнуты, А и D -разомкнуты). Штриховой линией показан путь протекания тока при отключенном источнике питания (ключ С замкнут, А, В и D - разомкнуты). Анализ путей протекания тока через цепи силового моста показывает, что при отключенном от обмотки ШД источнике питания ток обмотки не протекает через измерительный резистор Rsens, являющийся чувствительным элементом контура стабилизации уровня тока в обмотке. Поэтому технические решения, применяемые в [1 - 3], не позволяют контролировать уровень тока в обмотке ШД, когда она отключена от источника питания. В этом случае при отключенном источнике питания невозможно определить момент времени, когда ток в обмотке уменьшится до нижнего порогового значения и потребуется очередное подключение источника питания для стабилизации тока около заданного значения. Тогда, чтобы оценить уровень тока в обмотке, приходится подключать ее к источнику питания, хотя бы на очень короткое время. При этом, обычно [1, 2], при формировании управляющего сигнала модуляции напряжения питания используется отключение обмотки на постоянный отрезок времени «Fixed Off-Time», а момент времени отключения обмотки от источника питания определяется по превышению уровнем тока заданного порогового значения.In FIG. 1 shows a diagram of the flow of current, characteristic of analogues and prototype, in the circuits of a power bridge. The solid line shows the path of the current flowing through the motor winding when the power source is connected to the power bridge (keys B and C are closed, A and D are open). The dashed line shows the current flow path when the power source is off (key C is closed, A, B, and D are open). An analysis of the current flow paths through the power bridge circuit shows that when the power source is disconnected from the SD winding, the winding current does not flow through the measuring resistor Rsens, which is a sensitive element in the stabilization circuit of the current level in the winding. Therefore, the technical solutions used in [1 - 3] do not allow to control the current level in the SM winding when it is disconnected from the power source. In this case, when the power source is turned off, it is impossible to determine the point in time when the current in the winding decreases to a lower threshold value and the next connection of the power source is required to stabilize the current around the set value. Then, in order to evaluate the current level in the winding, you have to connect it to a power source, at least for a very short time. In this case, usually [1, 2], when generating the control signal for modulating the supply voltage, the winding is disconnected for a constant period of time “Fixed Off-Time”, and the time of disconnection of the winding from the power source is determined by exceeding the current threshold level.
Схема протекания тока в цепях силового моста для предлагаемого технического решения приведена на фиг. 2. Для обеспечения непрерывного контроля уровня тока в любой момент его протекания в обмотке предлагается разделить силовой мост на два полумоста, включив в каждый из них свой измерительный резистор между нижней точкой полумоста и отрицательным выводом источника питания, как показано на фиг. 2. На рисунках показаны пути протекания тока в цепях силового моста для всех возможных сочетаний коммутации ключей, применяемых при работе контура стабилизации уровня тока драйвера ШД с использованием предлагаемого способа стабилизации уровня тока в обмотке. Видно, что во всех показанных случаях коммутации ключей силового моста ток протекает хотя бы через один из двух используемых измерительных резисторов R1 и R2. Это позволяет контролировать уровень тока в обмотке ШД в любой момент времени его работы независимо от состояния ключей. Мы предлагаем контролировать уровень тока в нижнем плече того силового полумоста, в котором в этот момент времени открыт нижний ключ, а значит ток протекает в положительном направлении, т.е. от положительного вывода источника питания Vm к отрицательному выводу 0V.The current flow diagram in the power bridge circuits for the proposed technical solution is shown in FIG. 2. To ensure continuous monitoring of the current level at any time of its flow in the winding, it is proposed to divide the power bridge into two half-bridges, including in each of them its own measuring resistor between the lower point of the half-bridge and the negative terminal of the power supply, as shown in FIG. 2. The figures show the current flow paths in the power bridge circuits for all possible key switching combinations used in the operation of the stabilization circuit of the current step of the SD driver using the proposed method for stabilizing the current level in the winding. It can be seen that in all the shown cases of switching the power bridge keys, the current flows through at least one of the two used measuring resistors R1 and R2. This allows you to control the current level in the Ш winding at any moment of its operation, regardless of the state of the keys. We suggest controlling the current level in the lower arm of the power half-bridge in which the lower key is open at this moment of time, which means that the current flows in the positive direction, i.e. from the positive terminal of the power supply Vm to the negative terminal 0V.
Функциональная схема драйвера ШД, реализующего предлагаемый способ приведена на фиг.З. Управление работой устройства осуществляется микроконтроллером МС, в качестве которого можно использовать PIC16F1778 Microchip Technology Inc.[5]. На периферийных элементах микроконтроллера построены блок формирования управляющих сигналов, блок формирования сигнала стабилизации тока, компараторы СМР1 и СМР2 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) DAC. Блок формирования сигнала стабилизации тока выполнен на одной конфигурируемой логической ячейке CONFIGURABLE LOGIC CELL (CLC), реализующей логическую функцию И-ИЛИ. Блок формирования управляющих сигналов построен на модуле генератора комплиментарного выхода COG (COMPLEMENTARY OUTPUT GENERATOR MODULES). Выходные сигналы блока формирования управляющих сигналов, имеющие логические уровни 5 вольт, преобразуются драйверами левого и правого полумостов в уровни напряжений, необходимые для работы полевых транзисторов соответствующего силового полумоста. В качестве драйверов полумостов, которые питаются от источника напряжения Vcc, применены драйверы верхнего и нижнего ключей IR2101S Infineon Technologies AG [6] со схемой включения, приведенной на фиг. 4, соответствующей Typical Connection в [5].Functional diagram of the driver of the SD that implements the proposed method is shown in Fig.Z. The operation of the device is controlled by the microcontroller MS, which can be used as PIC16F1778 Microchip Technology Inc. [5]. A block for generating control signals, a block for generating a signal for stabilizing current, comparators СМР1 and СМР2, and a digital-to-analog converter (DAC) DAC are built on the peripheral elements of the microcontroller. The current stabilization signal generating unit is made on one configurable logic cell CONFIGURABLE LOGIC CELL (CLC), which implements the AND-OR logic function. The control signal generation block is built on the COG (COMPLEMENTARY OUTPUT GENERATOR MODULES) generator module of the complementary output. The output signals of the control signal generation unit having logical levels of 5 volts are converted by the drivers of the left and right half-bridges to the voltage levels necessary for the operation of field-effect transistors of the corresponding power half-bridge. As drivers for the half-bridge, which are powered by a Vcc voltage source, the drivers of the upper and lower keys of the IR2101S Infineon Technologies AG [6] with the switching circuit shown in FIG. 4, corresponding to Typical Connection in [5].
Так как драйвер двухфазного биполярного ШД содержит два идентичных предлагаемых контура стабилизации уровня тока в обмотках его фаз А и В, то его работа будет рассмотрена на примере фазы А.Since the driver of a two-phase bipolar ШД contains two identical proposed circuits for stabilizing the current level in the windings of its phases A and B, its operation will be considered using the example of phase A.
При включении напряжения питания программа инициализации производит конфигурирование всех периферийных устройств в заданные режимы и обеспечивает внутреннее соединение друг с другом посредством записи соответствующих значений в конфигурационные регистры. При этом прямые входы компаратора СМР1 и дополнительного компаратора СМР2 соединяются с выходом ЦАП DAC, на вход которого поступает опорное напряжение Vref с источника фиксированного опорного напряжения FIXED VOLTAGE REFERENCE (FVR). Инверсные входы обоих компараторов соединены с выводами МС, на которые поступают сигналы ISensl и ISens2 с измерительного резистора R1 и дополнительного измерительного резистора R2 соответственно (см. фиг. 3). Сигналы с выходов обоих компараторов поступают на входы соответствующих элементов 2И блока формирования сигнала стабилизации тока, на другие входы которых поступают сигналы с первого и третьего выходов (А и С) блока формирования управляющих сигналов. Состояние этих сигналов определяет выбор сигнала ISensl или ISens2, по которому будет выполняться стабилизация уровня тока, протекающего в обмотке ШД и нижнем плече соответствующего силового полумоста, в котором в это время открыт нижний ключ (соответственно А или С). Выходные сигналы элементов 2И логически складываются в элементе 2ИЛИ и поступают на выход CLC, являющегося выходом блока формирования сигнала стабилизации тока. Силовые полумосты питаются от источника напряжения Vm.When the supply voltage is turned on, the initialization program configures all peripheral devices in the specified modes and provides an internal connection to each other by writing the corresponding values to the configuration registers. In this case, the direct inputs of the comparator СМР1 and the additional comparator СМР2 are connected to the output of the DAC DAC, to the input of which the reference voltage Vref is supplied from the source of the fixed reference voltage FIXED VOLTAGE REFERENCE (FVR). The inverse inputs of both comparators are connected to the terminals of the MS, to which the signals ISensl and ISens2 are supplied from the measuring resistor R1 and the additional measuring resistor R2, respectively (see Fig. 3). The signals from the outputs of both comparators are fed to the inputs of the corresponding elements 2I of the current stabilization signal generating unit, the other inputs of which receive signals from the first and third outputs (A and C) of the control signal generating unit. The state of these signals determines the choice of ISensl or ISens2 signal, according to which the current level flowing in the SM winding and the lower arm of the corresponding power half-bridge will be stabilized, in which the lower key is open at that time (respectively, A or C). The output signals of elements 2I are logically added to the
Модуль COG, на основе которого выполнен блок формирования управляющих сигналов, настраивается на один из режимов прямого (Forward Full-Bridge mode) или обратного (Reverse Full-Bridge mode) управления полным мостом. При этом в качестве независимого источника сигналов нарастания и спада (RIS и FIS) тока выбирается сигнал с выхода блока формирования сигнала стабилизации тока. Диаграмма работы модуля COG в используемом режиме показана на FIGURE 27-13 [5]: FULL-BRIDGE MODE COG OPERATION WITH CCP1 AND DIRECTION CHANGE. Приведенный на этом рисунке сигнал MD0 (определяемый программно соответствующим битом в конфигурационном регистре COG) определяет направление протекания тока. При MD0=0 (направление протекания тока FWD) открыты ключи A (VT2) и D (VT3). В этом случае стабилизация тока выполняется по сигналу ISensl за счет модуляции открытого состояния ключа D (VT3). Для смены направления тока в обмотке на обратное достаточно изменить состояние бита MD0 на противоположное (MD0=1). При этом в модуле COG блока формирования управляющих сигналов произойдет передача управления на выходы В и С. Появление сигнала логическая «1» на выходе С модуля COG и соответственно на третьем выходе блока формирования управляющих сигналов приведет к закрытию ключей А (VT2) и D (VT3) и открытию ключей В (VT1) и С (VT4) и передаст управление дополнительному компаратору СМР2, работающему по сигналу ISens2 с дополнительного измерительного резистора R2. Заданный уровень стабилизации тока будет обеспечиваться за счет модуляции открытого состояния ключа В (VT1).The COG module, on the basis of which the control signal generation block is made, is configured for one of the modes of direct (Forward Full-Bridge mode) or reverse (Reverse Full-Bridge mode) control of a full bridge. Moreover, the signal from the output of the current stabilization signal generating unit is selected as an independent source of current rise and fall signals (RIS and FIS). The operation diagram of the COG module in the mode used is shown in FIGURE 27-13 [5]: FULL-BRIDGE MODE COG OPERATION WITH CCP1 AND DIRECTION CHANGE. The signal MD0 shown in this figure (determined by the software corresponding bit in the configuration register COG) determines the direction of current flow. With MD0 = 0 (direction of current flow FWD), the keys A (VT2) and D (VT3) are open. In this case, current stabilization is performed according to the ISensl signal due to modulation of the open state of key D (VT3). To change the direction of the current in the winding to the reverse, it is enough to change the state of the MD0 bit to the opposite (MD0 = 1). At the same time, control will be transferred to outputs B and C in the COG module of the control signal generation unit. A logical “1” signal will appear at the output C of the COG module and, accordingly, at the third output of the control signal generation unit, it will close the keys A (VT2) and D (VT3 ) and the opening of the keys B (VT1) and C (VT4) and will transfer control to the additional comparator CMP2, working on the ISens2 signal from the additional measuring resistor R2. The specified level of current stabilization will be ensured by modulating the open state of key B (VT1).
Работоспособность и эффективность предлагаемого технического решения подтверждается результатами компьютерного моделирования работы ШД под управлением драйвера на базе А4989 Allegro MicroSystems [1] и под управлением драйвера, контур стабилизации уровня тока в обмотке ШД выполнен в соответствии с функциональной схемой, представленной на фиг. 3.The operability and effectiveness of the proposed technical solution is confirmed by the results of computer simulations of the operation of the motor drive under the control of a driver based on A4989 Allegro MicroSystems [1] and under the control of the driver, the current level stabilization circuit in the motor winding is made in accordance with the functional diagram shown in FIG. 3.
На фиг. 5 приведены осциллограммы изменения напряжения UA и UB, подаваемого на обмотки фаз А и В ШД, и токов IA и IB в этих обмотках при использовании драйвера на базе А4989 Allegro MicroSystems для участка отработки типовой циклограммы, когда направления токов фаз имеют разные значения. На этих осциллограммах видно, что на участках, когда уровень тока в обмотке превышает заданное верхнее пороговое значение, все равно происходит подключение напряжения питания для контроля текущего значения уровня тока. А это приводит к дополнительному повышению уровня тока вместо требуемого его снижения и необязательной в этом случае коммутации ключей, вызывающей дополнительный разогрев их и диодов и, соответственно, энергетические потери. Видно также, что время выключенного состояния ключей при модуляции всегда одинаково.In FIG. Figure 5 shows the oscillograms of the change in the voltage UA and UB supplied to the windings of the phases A and B of the SD, and the currents IA and IB in these windings when using the driver based on A4989 Allegro MicroSystems for the plot of working out a typical cyclogram, when the directions of the phase currents have different values. These oscillograms show that in areas where the current level in the winding exceeds a predetermined upper threshold value, the supply voltage is still connected to control the current value of the current level. And this leads to an additional increase in the current level instead of the required decrease and in this case, the switching of the keys, causing additional heating of them and diodes and, accordingly, energy loss. It is also seen that the off-time of the keys during modulation is always the same.
На фиг. 6 показаны аналогичные осциллограммы изменения напряжений UA и UB и токов фаз IA и IB при использовании драйвера, в котором контур стабилизации уровня тока в обмотке ШД выполнен с использованием предлагаемого технического решения. Осциллограммы получены для участка отработки той же самой типовой циклограммы, что и в предыдущем случае. Видно, что на участках, где уровень тока в обмотке превышает заданное верхнее пороговое значение, подача напряжения на обмотки не производится, а очередное включение напряжения питания производится при достижении уровнем тока заданного нижнего порогового значения. А значит, на этих участках нет коммутации ключей и соответствующих этим процессам энергозатрат. Это также облегчает тепловой режим элементов силового моста и как следствие, увеличивает надежность работы ключей. На осциллограммах, приведенных на фиг. 5 и фиг. 6, ток IA показан толстой сплошной линией, напряжение UA - тонкой сплошной линией, ток IB - штриховой линией, а напряжение UB - пунктирной линией.In FIG. Figure 6 shows similar oscillograms of changes in the voltages of UA and UB and currents of phases IA and IB when using a driver in which the stabilization circuit of the current level in the motor winding is made using the proposed technical solution. Oscillograms were obtained for the mining site of the same typical cyclogram as in the previous case. It can be seen that in areas where the current level in the winding exceeds a predetermined upper threshold value, voltage is not applied to the windings, and the next voltage is turned on when the current level reaches a predetermined lower threshold value. So, in these areas there is no key switching and energy costs corresponding to these processes. It also facilitates the thermal regime of the elements of the power bridge and, as a result, increases the reliability of the keys. In the oscillograms shown in FIG. 5 and FIG. 6, current IA is shown by a thick solid line, voltage UA by a thin solid line, current IB by a dashed line, and voltage UB by a dashed line.
На фиг. 7 приведены совместно осциллограммы тока фазы А ШД, полученные на одном участке отработки типовой циклограммы в крупном масштабе. Ток IA, полученный с применением предлагаемого технического решения показан тонкой сплошной линией, а при использовании технического решения прототипа - пунктирной линией. Видно, что точность стабилизации тока при использовании предлагаемого технического решения стабильна и составляет примерно 0,5%, а для прототипа - она переменна, а погрешность на представленном участке достигает 2,9%.In FIG. Figure 7 shows jointly the oscillograms of the current of phase A of the SD, obtained at one site of working out a typical cyclogram on a large scale. The current IA obtained using the proposed technical solution is shown by a thin solid line, and when using the technical solution of the prototype, a dashed line. It can be seen that the accuracy of current stabilization when using the proposed technical solution is stable and is approximately 0.5%, and for the prototype it is variable, and the error in the presented area reaches 2.9%.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. A4989-Datasheet.pdf, Inc. www.allegromicro.com.1. A4989-Datasheet.pdf, Inc. www.allegromicro.com.
2. ТМС262 DATASHEET (Rev. 2.14 / 2016-JUL-14) www.trinamic.com.2. TMS262 DATASHEET (Rev. 2.14 / 2016-JUL-14) www.trinamic.com.
3. Борисевич А.В., Глебко Д.В. Подход к оптимальной стратегии переключений для регулятора тока в обмотках шагового двигателя // Современная техника и технологии. 2015. №3 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/03/59353. Borisevich A.V., Glebko D.V. An approach to the optimal switching strategy for the current regulator in the windings of a stepper motor // Modern equipment and technologies. 2015. No3 [Electronic resource]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/03/5935
4. US 6211642 B1 OPEN-LOOP STEP MOTOR CONTROL SYSTEM, Apr. 3, 2001.4. US 6,211,642 B1 OPEN-LOOP STEP MOTOR CONTROL SYSTEM, Apr. 3, 2001.
5. DS 40001819B.pdf www.microchip.com/5. DS 40001819B.pdf www.microchip.com/
6. Ir210x.pdf Data Sheet No. PD60043 Rev.O www.infineon.com/gate-driver-ics/ir2101/.6. Ir210x.pdf Data Sheet No. PD60043 Rev. O www.infineon.com/gate-driver-ics/ir2101/.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019101860A RU2708073C1 (en) | 2019-01-24 | 2019-01-24 | Method for stabilization of current level in winding of two-phase bipolar stepper motor in full-step mode and driver for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019101860A RU2708073C1 (en) | 2019-01-24 | 2019-01-24 | Method for stabilization of current level in winding of two-phase bipolar stepper motor in full-step mode and driver for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708073C1 true RU2708073C1 (en) | 2019-12-04 |
Family
ID=68836511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019101860A RU2708073C1 (en) | 2019-01-24 | 2019-01-24 | Method for stabilization of current level in winding of two-phase bipolar stepper motor in full-step mode and driver for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2708073C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737662C1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-12-02 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of stabilizing current level in winding of two-winding step motor operating in full-step mode, and driver for its implementation |
| RU2738348C1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-12-11 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of controlling operation of an electric drive based on a double-winding step motor operating in a full-step mode, and a device for realizing said method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4675590A (en) * | 1985-05-23 | 1987-06-23 | Sigma Instruments, Inc. | Stepping motor driver with mid-frequency stability control |
| SU1410266A1 (en) * | 1986-12-23 | 1988-07-15 | Предприятие П/Я М-5671 | Device for controlling stepping motor |
| FR2572868B1 (en) * | 1984-11-06 | 1988-12-30 | Sodeco Compteurs De Geneve | METHOD AND DEVICE FOR ELIMINATING JACKING MOTOR INSTABILITY |
| JP2000184789A (en) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Canon Inc | Method for driving stepping motor |
| CN102025308A (en) * | 2009-09-18 | 2011-04-20 | 三洋电机株式会社 | Driver circuit |
| GB2528114A (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-13 | Melexis Technologies Nv | Method and electronic circuit for motor stall detection |
| RU2610713C1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-02-15 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Stepper electric drive |
-
2019
- 2019-01-24 RU RU2019101860A patent/RU2708073C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2572868B1 (en) * | 1984-11-06 | 1988-12-30 | Sodeco Compteurs De Geneve | METHOD AND DEVICE FOR ELIMINATING JACKING MOTOR INSTABILITY |
| US4675590A (en) * | 1985-05-23 | 1987-06-23 | Sigma Instruments, Inc. | Stepping motor driver with mid-frequency stability control |
| SU1410266A1 (en) * | 1986-12-23 | 1988-07-15 | Предприятие П/Я М-5671 | Device for controlling stepping motor |
| JP2000184789A (en) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Canon Inc | Method for driving stepping motor |
| CN102025308A (en) * | 2009-09-18 | 2011-04-20 | 三洋电机株式会社 | Driver circuit |
| GB2528114A (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-13 | Melexis Technologies Nv | Method and electronic circuit for motor stall detection |
| RU2610713C1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-02-15 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Stepper electric drive |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2737662C1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-12-02 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of stabilizing current level in winding of two-winding step motor operating in full-step mode, and driver for its implementation |
| RU2738348C1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-12-11 | Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") | Method of controlling operation of an electric drive based on a double-winding step motor operating in a full-step mode, and a device for realizing said method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10348286B2 (en) | Waveform conversion circuit for gate driver | |
| US7639050B2 (en) | Load-drive controller | |
| US10312819B2 (en) | Control circuit and method for programming an output voltage of a power converter | |
| RU2708073C1 (en) | Method for stabilization of current level in winding of two-phase bipolar stepper motor in full-step mode and driver for its implementation | |
| CN109845084B (en) | Micro-stepping control circuit, control method and stepping motor system | |
| JP7198028B2 (en) | Driver device | |
| JPWO2009013992A1 (en) | Matrix converter | |
| US7129594B2 (en) | System for controlling generator for vehicle | |
| CN102981538A (en) | Current regulator | |
| CN115706511A (en) | Power converter apparatus and method | |
| US20200007027A1 (en) | Power conversion device | |
| US11451227B2 (en) | Control circuitry for power semiconductor switches using control signal feedback | |
| US20230099245A1 (en) | Light emitting element drive device and light emitting system | |
| CN110932619B (en) | Control device, control system and control method | |
| RU2737662C1 (en) | Method of stabilizing current level in winding of two-winding step motor operating in full-step mode, and driver for its implementation | |
| CN103988429B (en) | Output of pulse signal device | |
| US6522120B2 (en) | Load driving apparatus | |
| KR20110021050A (en) | Current feedback circuit using switch self resistnace for sensing current | |
| RU2754501C1 (en) | Control of metal-oxide-semiconductor field-effect transistor | |
| US11923799B2 (en) | Systems and methods for regulating slew time of output voltage of DC motor drivers | |
| RU2738348C1 (en) | Method of controlling operation of an electric drive based on a double-winding step motor operating in a full-step mode, and a device for realizing said method | |
| CN111033990B (en) | Power conversion device and inverter circuit | |
| KR100399983B1 (en) | Analog de-multiplexer | |
| US20180019675A1 (en) | Regulating voltage supplied to a load using switching units | |
| Wagh et al. | Implementation of MOSFETs in a closed loop H-Bridge motor driver using charge pumps |