All’ultima fiera dell’elettronica cui sono stato, ho trovato dei motori passo-passo bipolari a soli 2 euro. Non ho resistito e ne ho acquistati un paio. Si pone ora il problema di realizzare un semplice circuito in grado di mettere in movimento questi motori, giusto per provare se funzionano. Non ho trovato ancora un’applicazione specifica per il loro impiego, quindi il progetto della scheda di controllo non ha specifiche o particolari pretese sulle prestazioni. Anzi l’obiettivo è realizzare un circuito molto semplice, con componenti economici e facilmente reperibili nel mercato non professionale. Insomma un qualcosa che permetta di mettere in rotazione i motori, per sentirli ronzare sul tavolo. In rete si trova un vasta documentazione sulla teoria e sul controllo dei motori passo-passo. Ma molti progetti di board si limitano allo schema del solo driver di potenza e spesso manca la logica necessaria per generare i segnali di controllo. Con questa esperienza cerco di affrontare le problematiche legate al controllo hardware sulle fasi del motore, ma anche la gestione del software per gestire le temporizzazioni dei segnali di comando. Per approfondire la teoria dei motori passo-passo seguite i link in fondo alla pagina.

Dalla sigla stampigliata sui motori è stato possibile risalire alle loro caratteristiche elettriche e meccaniche.

Motore passo passo MAE, singolo asse, modello HY 200-2215 100A4

Dimensione flangia 56,4 mm

Angolo del passo 1,8°

Precisione angolo passo 5%

Coppia di tenuta 34Ncm

Corrente per fase 1 Ampere

Tensione Vcc 75 Vcc max

Resistenza fase 3,4 Ohm fase

Induttanza 3,8 mH

Inerzia del rotore 56 g-cmq

Massa 0,34 Kg

Grafici con performance dinamiche si possono trovare sul catalogo Pittman-MAE (www.pennmotion.com) alla sezione motori Stepper con taglia Size 23 (è la dimensione della flangia da 2,3 inch ovvero 5,8cm) e con la sigla equivalente Y 20 2215 100.

I motori hanno una resistenza di avvolgimento molto bassa e una corrente di lavoro massima di 1A, non particolarmente elevata ma neppure di entità trascurabile. Per poterli alimentare direttamente servirebbe una sorgente con tensione d’uscita ridotta e con alta disponibilità in corrente. Una sorgente di questo tipo non è molto comune. A questo proposito è infatti da notare che gli alimentatori stabilizzati non sono indicati per queste applicazioni. Durante il funzionamento del motore si generano infatti delle extratensioni che possono danneggiare in modo irreparabile il regolatore interno degli alimentatori stabilizzati. Occorre quindi prevedere una sorgente di alimentazione tollerante ad eventuali picchi di tensione che si generano sulle fasi del motore durante le commutazioni di corrente sulle fasi. Per questi motivi, ed in base alla disponibilità di componenti a mia disposizione, ho scelto di utilizzare un alimentatore classico con trasformatore seguito dal solito ponte a diodi e condensatore di filtro, con la disponibilità di 1A in corrente.

Per controllare modulo e verso delle correnti nelle due fasi del motore servono due ponti ad H. In commercio esistono numerosi integrati per questo tipo di applicazione. Questi dispositivi costano poco e semplificano l’implementazione circuitale del doppio ponte. Tra i driver integrati di taglia adatta al motore da controllare, ho scelto quelli più facili da reperire, che si potessero trovare ad esempio su molti i siti di componenti per robotica amatoriale.

Ho realizzato due progetti molto simili tra loro. Le differenze riguardano il tipo di driver utilizzato: nel primo progetto e' un SN754410, della Texas Instruments, nel secondo c'e' un integrato UDN2916B della Allegro Microsystems.

Da notare che, per entrambi i progetti, i dispositivi driver possono, se utilizzati per lungo tempo, aumentare in modo sensibile la loro temperatura. In caso di utilizzo in condizioni critiche occorre prendere precauzioni. In questa evenienza prestare attenzione ai consigli riportati sui fogli tecnici.

Con questi driver è possibile comandare uno stepper bipolare con estrema facilità, realizzando circuiti molto compatti. Per comandare motori più grossi, con correnti superiori a 1A, occorre orientarsi verso dispositivi con package. In questo progetto utilizzo la nota coppia di integrati L297 e L298,

ST AN1495 MICROSTEPPING STEPPER MOTOR DRIVER USING PEAK DETECTING CURRENT CONTROL

NATIONAL SEMICONDUCTORS AN828 INCREASING THE HIGH SPEED TORQUE OF BIPOLAR STEPPER MOTORS DESIGN