Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schritt-Motor Treiber, bis 8A


von Manfred L. (manni)


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Hallo,

für meine bisherigen Schritt-Motor Ansteuerungen habe ich den L298 
(siehe Bild) in Kombination mit dem L297 verwendet. Der L298 kann aber 
nur 2A.

Ich brauche jetzt aber was bis ca. 8A. Habt ihr einen Vorschlag, was man 
da nehmen kann ?

Schon mal Danke für Eure Hilfe !

: Verschoben durch Moderator
von MaWin (Gast)


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Manfred L. schrieb:
> Habt ihr einen Vorschlag, was man da nehmen kann

IHM03A1 wie hier:

https://www.st.com/en/ecosystems/x-nucleo-ihm03a1.html

Dann lernst du auch Stromregelung und Mikroschritt kennen, und sogar 
stall guard.

Denk dran, dass ein 8A Schrittmotor diese 8A als rms nimmt, der Treiber 
aber 8*1.4=11.2A Spitzenstrom liefern können sollte.

von Manfred L. (manni)


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Danke Dir für den Tip.

Und mit ca. 11€ bei RS-Components ist das Eval-Board auch noch 
preisgünstig. Hab mir mal das Datenblatt angeschaut (siehe attached) und 
da finde ich nur den "POWERSTEP01" Prozessor, von dem ich noch nie was 
gehört habe. Und wo ist die Leistungs-Elektronik ? Muß man die noch 
selber "basteln" ?

Ja, Du hast Recht, mit Microstep habe ich noch nichts am Hut gehabt. So 
wie ich das aber hoffentlich richtig verstanden habe, geht das 
Incrementalmoment dabei ordentlich in die Knie: schon mit 16 
Microschritten sind's nur noch ca. 10% vom Haltemoment eines 
Vollschrittes. Da nützen mir dann die 8A auch nichts mehr.

Meine Anforderungen sind eher mäßig und der Vollschritt-Mode reicht 
vollkommen für meine Applikation aus.

von MaWin (Gast)


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Manfred L. schrieb:
> finde ich nur den "POWERSTEP01" Prozessor, von dem ich noch nie was
> gehört habe. Und wo ist die Leistungs-Elektronik

Im IHM03A1


> Muß man die noch selber "basteln" ?

Ein uC der ihn ansteuert.

> Incrementalmoment dabei ordentlich in die Knie: schon mit 16
> Microschritten sind's nur noch ca. 10% vom Haltemoment

Nein, das Haltemoment bleibt voll erhalten.

Nur sind die Mikroschritte keine Vollschritte mehr sondern haben 
kleinere Winkel. Das Wegdrehen von der Idealposition bleibt aber absolut 
gleich  wirkt sich also auf so eine Mikroschrittposition prozentual viel 
stärker aus.

Man kann also nicht einfach aus einem 200 Schritte Motor durch 
Mikroschritte 3200 Positionen machen, und erwarten, dass die Achse die 
Position so genau halt, wie bei einem echten 3200 Schritt Motor. So eine 
Mikroschrittposition ist nur eine 'gedachte' Position. Dafür laufen die 
Motoren viel weicher.

von Egon D. (Gast)


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Manfred L. schrieb:

> So wie ich das aber hoffentlich richtig verstanden
> habe, geht das Incrementalmoment dabei ordentlich
> in die Knie: schon mit 16 Microschritten sind's nur
> noch ca. 10% vom Haltemoment eines Vollschrittes.

Warum sollte?

Schrittmotoren sind eigentlich nur Synchronmotoren
mit Rastmoment.

"Mikroschrittbetrieb" ist eigentlich nur eine hoch-
trabende Umschreibung für "wir machen jetzt endlich
das, was anderswo schon seit 100 Jahren Standard ist:
Wir bieten dem Motor ein ordentliches Drehfeld mit
sinusförmigen Phasenströmen an".


> Meine Anforderungen sind eher mäßig und der
> Vollschritt-Mode reicht vollkommen für meine
> Applikation aus.

Der Hauptvorteil des Mikroschrittbetriebes liegt
weniger in der Positioniergenauigkeit (die ist, wie
MaWin schon erklärt hat, nur bedingt ausnutzbar),
sondern im verringerten Krach, den der Motor macht,
und in der verringerten Gefahr mechanischer Resonanzen.
Die verringerten Vibrationen schonen auch den Rest der
Mechanik.

von Dieter (Gast)


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MaWin schrieb:
> Manfred L. schrieb:
>> Incrementalmoment dabei ordentlich in die Knie: schon mit 16
>> Microschritten sind's nur noch ca. 10% vom Haltemoment
>
> Nein, das Haltemoment bleibt voll erhalten.

Nein, so ist das nicht ganz richtig. Es darf das gleiche Haltemoment nur 
sehr kurz genutzt werden. Es werden in dem Zustand mehrere Wicklungen 
gleichzeitig bestromt und das führt zu mehr Erwärmung im Dauerbetrieb. 
Ohne Drehung fehlt die innere Eigenbelüftung, die die Abwärme verteilt. 
D.h. ein Inkrementalmoment im Stillstand halten zu wollen als längere 
Dauerposition würde den Motor killen.

von Wolfgang (Gast)


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Dieter schrieb:
> Nein, so ist das nicht ganz richtig. Es darf das gleiche Haltemoment nur
> sehr kurz genutzt werden. Es werden in dem Zustand mehrere Wicklungen
> gleichzeitig bestromt und das führt zu mehr Erwärmung im Dauerbetrieb.

Wenn der Motor das Haltemoment im Vollschrittbetrieb erzeugen kann, kann 
er das genauso im Mikroschrittbetrieb. Der Effektivstrom wird ggf. nur 
anders auf die Wicklungen verteilt.

von MaWin (Gast)


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Dieter schrieb:
> Nein, so ist das nicht ganz richtig. Es darf das gleiche Haltemoment nur
> sehr kurz genutzt werden. Es werden in dem Zustand mehrere Wicklungen
> gleichzeitig bestromt und das führt zu mehr Erwärmung im Dauerbetrieb.
> Ohne Drehung fehlt die innere Eigenbelüftung, die die Abwärme verteilt.
> D.h. ein Inkrementalmoment im Stillstand halten zu wollen als längere
> Dauerposition würde den Motor killen.

Unsinn

So viel mehrere Wicklungen gibt es gar nicht, sondern nur 2. Die werden 
auch schon bei Vollschrittbetrieb beide bestromt.

Im Vollschrittbetrieb mit dem am Motor angegebenen rms-Strom, im 
Mikroschrittbetrib ebenfalls denn wenn beide Wicklungen bestromt werden 
stehen sie nei 45 Grad. Nur geht der Spitzenstrom im Mikroschritt  auf 
den 1.4-fachen rms-Strom den Motors bei 0 Grad oder 90 Grad, weil dort 
die andete Spule nicht mehr bestromt wird.

Siehe: https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.10

von Tippgeber (Gast)


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> Und wo ist die Leistungs-Elektronik ?
> Muß man die noch selber "basteln"?
Nein, der Powerstep01 IST der komplette Treiber, der 85V 10A dank der 16 
Milliohm-FETs liefern kann (bei entsprechender Kühlung und 
Parametrierung [siehe eigenes PDF Programmable DMOS slew rate, deadtime 
and blanking-time  zur Reduzierung der Verlustleistung]).

Meine Gedanken und Fragen dazu:
1. Warum hat er einen so exotischen Namen? Er ist sehr
   ähnlich zu den Mitgliedern der L647x-Familie,
   warum hat man ihn nicht L6xxx genannt?
2. Warum hat NUR der L6474 einen DIR (direction)-Eingang,
   der erst nach einer SPI-Konfiguration
   als solcher nutzbar ist?
Damit hat STMicro wirklich ein Eigentor geschossen. Sie hätten die 
Treiber so bauen müssen, dass sie im POR-Einschalt-Zustand eine 
parallele Schnittstelle (Step+Dir) haben. Dann hätte man sie einfach 
ohne µC  als modernen L297&L298 
L6208-NanotecXXX-ToshibaYYY-TrinamicZZZ-Ersatz verwenden können.

Ein Zuckerl wäre gewesen, wenn im Parallel-Mode einige der 89 Pins für 
eine Hardware-Konfiguration verwendet würden.

3. Warum haben viele Register so komische ("ungerade") Größen?
   z.B. 22 statt 24 oder 32-Bit Zähler?

4. Warum haben viele Register keine negativen Werte?
   Z.B. für Rückwärtslauf eine negative Geschwindigkeit?


Als Arduino-Lib mit zwei Beispielen (auch für den Arduino Zero / M0) 
empfehle ich Ponoor_PowerSTEP01_Library, die hat nämlich nicht nur den 
Voltage-Mode wie die original-PowerSTEP01-Library, sondern auch den viel 
besseren Current-Mode (CM_VM bit in STEP_MODE register is set to 1).
Allerdings fehlen auch dieser noch einige Bits, z.B. das Boost_Mode-Bit 
im FS_SPD.
Und die Sign-Erweiterung der 22-Bit-Register ist unnötig, da trotz der 
22 Bit Zählerbreite  32 korrekt vorzeichenerweiterte Bits übertragen 
werden.

Das x-nucleo-ihm02a1 ist ein Board mit zwei L6470, (45V 2,xA)

Das x-nucleo-ihm03a1 ist ein sehr günstiges EVAL-Board:
https://estore.st.com/en/x-nucleo-ihm03a1-cpn.html
Es gibt auch noch das 45 Euro teure EVLPOWERSTEP01.
https://estore.st.com/en/evlpowerstep01-cpn.html

> Und mit ca. 11€ bei RS-Components ist das Eval-Board
> auch noch preisgünstig.
Nur ein Problem: es gibt momentan keine Chips und keine Platinen, erst 
im Januar 2022 wieder.
Bei ebuy habe ich das einzig verfügbare IHM03A1 geschnappt, es 
funktioniert auf Anhieb.
https://estore.st.com/en/catalogsearch/result/?q=powerstep01

Es gibt hier im Forum nur 8 andere Threads zu diesem IC.
Weil es so unbekannt ist? Weil es keine Probleme macht?

Es gibt bei STM eine Eagle-Lib (das 89-polige QFN11x14-Layout ist sehr 
eigenwillig).
Datenblatt: https://www.st.com/resource/en/datasheet/powerstep01.pdf
Errata:
Table 56. STATUS register
Bit 15  Bit 14  Bit 13  Bit 12  Bit 11  Bit 10  Bit 9  Bit 15
--> Bit 8   statt   Bit 15

> Dann lernst du auch Stromregelung und Mikroschritt kennen,
> und sogar stall guard.
The stall detection is operative only when the voltage mode control is 
selected.

Der Voltage-Mode muss aber sehr gut an den Motor angepasst werden und 
tendiert (vor allem bei höheren Geschwindigkeiten) stark zu Resonanzen, 
da die Stromanstiegsgeschwindigkeit stark vom Luftspalt und damit vom 
Lastwinkel abhängig ist.

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