¿Usando un controlador Mosfet Gate para conducir directamente un pequeño motor paso a paso?

Necesito controlar algunos motores paso a paso pequeños de baja corriente desde un microcontrolador ARM de 3V.

Los motores normalmente requieren 5-12 V a 400 mA (devanados de 30 ohmios y 41 mH).

Lo que se me ocurrió es usar un chip de controlador Mosfet para conducir directamente un paso a paso de este tipo.

El tipo de dispositivos que estoy viendo son

Microchip TC4420/29 - 20V 6A low side.
IR2110  20V 2A  - high and low side.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Vi una nota de IR que indica que el controlador HI/LO se puede usar como un controlador de doble lado bajo en una aplicación automotriz. Esto sería ideal ya que un dispositivo podría ser suficiente para un puente H completo.

Las especificaciones eléctricas se ven bien. Pero en ninguna parte de las especificaciones de ninguno de los dos se menciona la conducción de cargas inductivas.

Los pines de MCU normalmente serían alimentados por PWM, el control de corriente generalmente no se aplica porque la resistencia del devanado limita la corriente lo suficiente. El PWM proporciona una unidad 'analógica' para reducir la vibración y el ruido. Supongo que también podría usarse para micropasos.

Se puede agregar una pequeña resistencia en el retorno a tierra y conectarla adecuadamente a un ADC si se requiere control y medición de corriente.

El requisito obvio sería proporcionar diodos de rueda libre para frenar la EMF y un condensador para absorber la energía.

Conecté esto en una placa de prueba y cambié manualmente las entradas. Todo funciona bien, pero los chips del controlador se calientan bastante en segundos. Esto podría deberse al ruido de la conmutación (cable desnudo contra pin).

También he leído sobre los hallazgos del Sr. Miller que pueden ser responsables del calor.

Los perfiles de corriente y voltaje difieren entre las cargas inductivas y capacitivas, como comenta @madhatter, esto puede limitar la cantidad de corriente de estado estable que se puede suministrar muy por debajo de la clasificación máxima.

(A pesar de un bajo) RDSon de 2,5 a 7,5 ohmios causará problemas de disipación de calor con estos circuitos integrados, por lo que subestimará la corriente 10*. Si el dispositivo puede ejecutar picos de 12V 6A en mosfets a 1MHz, deben poder eliminar una gran cantidad de calor.

Velocidades de conmutación más lentas (10-50 KHz), mantener un período de suministro de corriente corto y volver a perfilar el consumo de corriente con un límite pequeño mitigan algunos de estos problemas.

Un ejercicio de prueba será monitorear la salida de calor en circuitos prácticos.

La mecánica puede mantener la posición en muchos casos, por lo que en algunos casos se pueden gestionar los requisitos de corriente de estado estable.

Ahorrar en complejidad, componentes y espacio en la placa sería una gran ventaja si este o un circuito más simple pudiera funcionar.

Estoy seguro de que algo como NTMD6P02 integrado en TC4427 encontraría muchas aplicaciones.

Antes de fumar los controladores o agregar mosfets de unidad (por ejemplo, NTMD6P02), ¿alguien tiene experiencia en hacer este tipo de cosas?

¿Alguien tiene una manera más simple, ordenada y económica de hacer esto?

¿Qué pasa con el helicóptero, cómo controlarías el motor actual?
Entonces, ¿qué pasa con un helicóptero? Por lo general, no es necesario medir la corriente en esta aplicación (12 V en 30 ohmios es 400 mA... limitante). Las señales entrantes se pueden conectar a cualquiera de los temporizadores ARM (hay muchos) para PWM. ARM tiene muchos ADC que podrían medir, por ejemplo, una resistencia de 0,5 ohmios en el retorno a tierra.
De todos modos, hay muchos IC de controlador de motor paso a paso verdaderos y baratos para la conexión directa a MCU que funcionan, ¿por qué hacer algo con los principios correctos y gastar tiempo y dinero?
Tengo varios de estos controladores disponibles y, según las especificaciones, ofrecen 6A frente a la especificación de 600 mA de los controladores paso a paso que cuestan 10 veces más. También quiero usarlos de manera más general para impulsar otras cargas inductivas con mayor ancho de banda, formas de onda más complejas, por ejemplo, posicionamiento de rayos láser que los controladores paso a paso no harán.
Luego, simplemente hágalo, lo único que agregaré es que esos circuitos integrados son controladores MOSFET / IGBT que no manejan ningún otro tipo de carga, pero esto depende de usted.
Tenga en cuenta que la clasificación de corriente está diseñada para descargar o cargar cargas de compuerta capacitivas... Por lo tanto, no es realmente una corriente constante, generalmente es un pico basado en un trabajo del 50% con una curva de estilo e^t/RC.
Sí, las fases son diferentes, la tapa dará mayor irrupción, el inductor mayores corrientes de estado estable.
Mire la resistencia de salida de los controladores. Por ejemplo, para el TC4420, es de hasta 5 ohmios. Eso es mucha pérdida relativamente. A 0.4A, hasta una caída de 2V. Y para un empujón y un tirón, hay dos caídas en el camino de la energía.
Para el IR2110, puede estimar la resistencia de salida dividiendo Vo por Io en la especificación de corriente de cortocircuito. A partir de ahí, 15V/2A = hasta 7,5 ohmios.
@madhatter: gracias, me limitaré a ciclos de trabajo cortos y realizaré pruebas para medir el calor. Se puede hacer con tornillos de plomo.
@rioraxe: gracias, en mi entusiasmo por la capacidad 6A, había ignorado un poco la resistencia de salida. Gracias por los medios de estimación.
Algunos puntos. En primer lugar, la mayoría de los motores paso a paso no pueden avanzar a 10 kHz. Quizás si usas microstepping. En segundo lugar, la limitación de corriente generalmente es buena, ya que le permite usar un voltaje más alto para superar la inductancia del devanado sin sobrecargar el motor. Si solo usa la resistencia de la bobina, el par disponible será mucho menor de lo que podría ser. Y, por último, creo que la mejor manera de resolver este problema es usar un chip controlador de motor paso a paso. Allegro tiene una buena selección.
@oleksandr - gracias por el comentario. Según la pregunta, este no es el circuito completo. La última oración de la pregunta es definitiva del problema que se está resolviendo: simple, ordenado, barato. También tengo un MCU muy capaz que hace lo que mejor sabe hacer: dormir ;-)
Yo personalmente he usado el Allegro A4984. Es un producto muy bien diseñado que hace su trabajo sin ningún problema y te ahorrará mucho esfuerzo. También cuesta menos que un solo TC4420 y es mucho más pequeño.
@OleksandrR. Gracias, se acepta tu punto. Lo más cercano que puedo obtener localmente es A4985 de RS a alrededor de $5. TC4420/27 e IR2110 se adquirieron <$1. En las colonias, los precios están estrechamente relacionados con la disponibilidad y el exceso de existencias. El circuito anterior parece ser estable dentro de las restricciones dadas e identificadas por los contribuyentes anteriores. Lo más probable es que agregue controladores de potencia o use un IC dedicado como A4984/5 la próxima vez. Gracias a todos por los aportes.

Respuestas (1)

La respuesta corta es

  • Sí, puedes hacerlo con serias limitaciones que hacen que no merezca la pena .

  • Un controlador paso a paso dedicado de un chip será mejor y más económico para impulsar la mayoría de los motores y cargas inductivas.

  • Una etapa de potencia dedicada es imprescindible para todas las cargas excepto las más ligeras debido a las pérdidas de Rds.

  • Estos dispositivos se adaptan mejor a las cargas capacitivas ligeras para las que están diseñados.

Me gustaría agradecer a todos aquellos que contribuyeron a la discusión.

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