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Este artículo describe las características y la funcionalidad que ofrecen los circuitos integrados que simplifican la tarea de controlar un motor paso a paso.

En el artículo anterior, exploramos el problema de controlar un motor de CC típico (es decir, con escobillas) mediante circuitos integrados. Estos dispositivos proporcionan una funcionalidad que facilita mucho la implementación de un sistema de alto rendimiento construido alrededor de un motor de CC con escobillas, y lo mismo ocurre con los circuitos integrados que pueden impulsar motores paso a paso.

Revisión rápida: Cómo controlar un motor paso a paso

Un típico motor paso a paso de imán permanente tiene dos devanados. Si el sistema utiliza un controlador bipolar, la rotación se logra aplicando un patrón específico de corriente directa e inversa a través de los dos devanados. Por lo tanto, la unidad bipolar requiere un puente H para cada devanado. La unidad unipolar utiliza cuatro controladores separados, y estos no necesitan poder aplicar corriente en ambas direcciones: el centro del devanado se proporciona como una conexión de motor independiente, y cada controlador proporciona un flujo de corriente desde el centro del devanado hasta el final de la bobina. La corriente asociada con cada controlador siempre fluye en la misma dirección.

Unidad bipolar (a la izquierda) y unidad unipolar (a la derecha). La dirección del flujo de corriente en el sistema unipolar indica que el centro de cada devanado está conectado a la tensión de alimentación del motor.

Circuitos integrados genéricos para el control paso a paso

Lo primero que hay que tener en cuenta es que los circuitos integrados destinados a la funcionalidad básica de control del motor, o incluso solo la funcionalidad básica del controlador, se pueden utilizar con motores paso a paso. No necesita un IC que esté específicamente etiquetado o comercializado como un dispositivo de control paso a paso. Si está utilizando una unidad bipolar, necesita dos puentes H por motor paso a paso; Si está tomando el enfoque unipolar, necesita cuatro controladores para un motor, pero cada controlador puede ser un solo transistor, porque todo lo que está haciendo es encender y apagar la corriente en lugar de cambiar su dirección.

Un ejemplo de una parte en la categoría "IC genérico" es el DRV8803 de Texas Instruments. Este dispositivo se describe como una "solución de controlador para cualquier aplicación de interruptor de lado bajo".

Diagrama tomado de la hoja de datos DRV8803.

Con un dispositivo como este, el centro de los devanados del motor paso a paso está conectado a la tensión de alimentación, y los devanados se activan al encender los transistores del lado bajo para que permitan que la corriente fluya desde el suministro, a través de la mitad del devanado. A través del transistor, a tierra.

El enfoque de IC genérico es conveniente si ya posee o tiene experiencia con un controlador adecuado: puede ahorrar unos cuantos dólares reutilizando una parte antigua, o puede ahorrar tiempo (y reducir la probabilidad de errores de diseño) incorporando un parte probada en su esquema de controlador paso a paso. El inconveniente es que un IC más sofisticado podría proporcionar una funcionalidad mejorada y garantizar una tarea de diseño más simple, y es por eso que prefiero un controlador paso a paso que tiene características adicionales.

Controladores paso a paso con todas las funciones

Los controladores de motores paso a paso altamente integrados pueden reducir en gran medida la cantidad de esfuerzo de diseño involucrado en las aplicaciones de motores paso a paso de mayor rendimiento. La primera característica beneficiosa que viene a la mente es la generación automatizada de patrones de pasos, es decir, la capacidad de convertir señales de entrada de control de motor sencillas en los patrones de pasos requeridos.

Tomemos el L6208, de STMicroelectronics, como ejemplo.

Diagrama tomado de la hoja de datos de L6208.

En lugar de entradas lógicas que controlan directamente la corriente aplicada a los devanados del motor, el L6208 tiene

• un pin que selecciona entre medio pasos y pasos completos,
• un pasador que establece la dirección de rotación,
• y un pin de entrada de "reloj" que hace que la máquina interna de control de motor avance un paso en respuesta a un flanco ascendente.

Esta interfaz es mucho más intuitiva que las secuencias de encendido / apagado reales que se aplican a los transistores conectados a los devanados (un ejemplo de los cuales se dan a continuación).

Este es un patrón de paso completo para el control del motor paso a paso bipolar. "A" y "B" se refieren a los dos devanados, y las columnas "Q" indican el estado de los transistores que controlan la corriente del devanado. Tabla tomada de esta nota de aplicación publicada por Silicon Labs.

Microsteps

Como su nombre lo indica, el microstepping hace que el motor paso a paso realice una rotación que es significativamente menor que un paso. Esto podría ser 1/4 de un paso o 1/256 de un paso, o en algún punto intermedio. El microstepping permite un posicionamiento del motor de mayor resolución, y también permite una rotación más suave. En algunas aplicaciones, el microstepping es completamente innecesario. Sin embargo, si su sistema puede beneficiarse de un posicionamiento extremadamente preciso, una rotación más suave o una reducción del ruido mecánico, debe considerar un controlador IC que tenga capacidad de microprocesamiento.

El TMC2202 de Trinamic es un ejemplo de un controlador paso a paso de micro paso a paso.

Diagrama tomado de la hoja de datos TMC2202.

El tamaño del paso puede ser tan pequeño como 1/32 de un paso completo, y luego hay algún tipo de funcionalidad de interpolación que proporciona una "suavidad total de 256 microstepios". Este chip también le da una idea de lo sofisticado que puede ser un controlador paso a paso: tiene una interfaz UART para control y diagnóstico, un algoritmo de controlador especializado que mejora la operación de parada y baja velocidad, y varias otras cosas que puede leer en la hoja de datos de 81 páginas de la parte.

Conclusión

Si tiene un microcontrolador para generar el patrón de pasos y el tiempo y la motivación suficientes para escribir un código confiable, puede controlar un motor paso a paso con FET discretos. Sin embargo, en casi todas las situaciones es preferible usar algún tipo de IC, y como hay tantos dispositivos y funciones para elegir, no debería tener muchas dificultades para encontrar una pieza que sea adecuada para su aplicación.