Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Nema-17 HS4401S plus TMC2208-V3 mit 5V 27W USB-C Power Supply betreiben


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von Frank B. (bzb)


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Hallo, ich habe einen Nema-17 Stepper 
(https://datasheetspdf.com/pdf-down/1/7/H/17HS4401S-Handson.pdf) den ich 
mit einem TMC2208 
(https://c-3d.niceshops.com/upload/file/TMC2208-V3.0_manual.pdf) 
antreiben möchte. Zur Stromversorgung würde ich gerne ein 5V/27W 
USB-C-Netzteil einsetzten (z.B. 
https://www.berrybase.de/raspberry-pi-27w-usb-c-power-supply-netzteil-schwarz).
Passt das, oder ist das zu schwach?

: Verschoben durch Moderator
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Frank B. schrieb:
> mit einem TMC2208
Lies mal in deinem Link auf der 2. Seite die 8. Zeile: "Voltage Range 
12V/24VDC"

Damit findest du sicher selber eine Antwort auf deine Frage.

von Frank B. (bzb)


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Und mit einem Step Up Spannungsregler komm' ich da nicht hin?
Bei 12 V müssten das doch noch über 2 Ampere sein.
(Ich bin Programmierer, kein Elektroniker. Viele Fallstricke erkenne ich 
nicht.)

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Frank B. schrieb:

> Und mit einem Step Up Spannungsregler komm' ich da nicht hin?
> Bei 12 V müssten das doch noch über 2 Ampere sein.

Und warum dann nicht gleich ein fertiges 12VDC-Netzteil?

von Frank B. (bzb)


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Lothar M. schrieb:
> Lies mal in deinem Link auf der 2. Seite die 8. Zeile

Ooops, es kursieren unterschiedliche Fassungen von dem PDF:
https://grobotronics.com/images/companies/1/datasheets/TMC2208-V3.0%20specification%20.pdf
Die 4.75 bis 36 Volt Range hatte ich in Erinnerung.
Der Hinweis "The accurate voltage of Vref can only be measured when 
themainboard is supplied with 12V or 24V voltage."
ist aber in beiden Dokumenten enthalten - deswegen meine Verunsicherung.

Harald W. schrieb:
> Und warum dann nicht gleich ein fertiges 12VDC-Netzteil?

Der Wunsch ist, ein Standard USB Power Supply zu nutzen.

von Frank B. (bzb)


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von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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Dann brauchst du ein "USB-PD Trigger Board" (einfach googeln) welches 
vom Netzteil die 9V, 15V oder 20V anfragt. Funktioniert natürlich dann 
nur mit entsprechend leistungsfähigen Netzteilen. Das R-Pi Netzteil kann 
anscheinend nur folgende PDOs:
- 9V, 3A
- 12V, 2.25A
- 15V, 1.8A

Interessant ist dass es 12V unterstützt, das ist keine 
Standard-Spannung.

Das ist vermutlich zu wenig Strom für den Stepper. z.B. von Samsung oder 
Anker gibt es Netzteile mit mehr Leistung. Über normale USB-C-Kabel kann 
man nur 3A ziehen, es gibt auch welche mit 5A (mit eMarker).

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Niklas G. schrieb:
> Das ist vermutlich zu wenig Strom für den Stepper.
Der braucht mit diesen Daten:
1
• Phase Voltage: 2.6Vdc
2
• Phase Current: 1.7A
maximal 4,5W pro Phase. Mit 2 Phasen insgesamt worst case 9W.

Sollte also locker mit 27W zu schaffen sein...

: Bearbeitet durch Moderator
von Frank B. (bzb)


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OK. Vielen Dank, dann passt das ja :)

von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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Eine kleine Falle gibt es da noch: Diese handelsüblichen USB-PD 
Triggerboards prüfen anscheinend (?) den von der Quelle unterstützten 
Strom nicht. Wenn die also z.B. nur 15V / 0.5A anbietet, wird das Board 
diese anfordern, und wenn man dann mehr Strom zieht könnte man 
theoretisch die Quelle beschädigen.

Glücklicherweise schreibt die USB-PD-Spec vor, dass bei einer bestimmten 
angegebenen Leistung auch "sinnvolle" Ströme unterstützt werden sollen: 
https://miro.medium.com/v2/1*jTZ5lJBaea7POWCFjM4Ppw.png Wenn eine Quelle 
also 27W angibt, muss sie 9V / 3A unterstützen. Eine 45W-Quelle muss 
15 V / 3A können.

Wenn du also für das Projekt eine 27W oder 45W Quelle nutzt kannst du 
davon ausgehen dass die 3A auch unterstützt sind.

von Daniel D. (danielduese)


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Frank B. schrieb:
> Der Hersteller selbst gibt in seinem Shop auch eine Range von 4.75-36V
> an.

Die Geschwindigkeit des Steppermotors hängt mit der Eingangspannung am 
TMC2208 Treiber zusammen. Denn die 2.6 V sind nur eine Nennspannung. 
Damit der Strom in den Spulen möglichst schnell auf 1,7A  ansteigt, wird 
die volle Eingangspannung an den Steppermotor abgegeben, erst wenn der 
Strom 1.7 A erreicht, wird die Spannung runtergeschaltet.

Bei 4.75V steigt der Strom langsam an, so dass nur "wenige" Steps pro 
Sekunde möglich sind. Vermutlich 1-2 Umdrehungen/sec

Bei 12V kann der Nema17 mit etwa 4 Umdrehungen/sec gesteuert werden.

Bitte auch darauf achten, dass der TMC2008 hier evtl nicht die beste 
Wahl ist, wegen der begrenzten Amperzahl. Der TMC2009 wäre wohl die 
bessere Wahl für 1.7A Phase Current

: Bearbeitet durch User
von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Daniel,

Daniel D. schrieb:
> Frank B. schrieb:
>> Der Hersteller selbst gibt in seinem Shop auch eine Range von 4.75-36V
>> an.
>
> Die Geschwindigkeit des Steppermotors hängt mit der Eingangspannung am
> TMC2208 Treiber zusammen. Denn die 2.6 V sind nur eine Nennspannung.
> Damit der Strom in den Spulen möglichst schnell auf 1,7A  ansteigt, wird
> die volle Eingangspannung an den Steppermotor abgegeben, erst wenn der
> Strom 1.7 A erreicht, wird die Spannung runtergeschaltet.

Nein, die Spannung wird nicht "runtergeschaltet". Der Strom wird 
begrenzt bzw. geregelt (Chopper-Regelung, quasi eine PWM).

> Bitte auch darauf achten, dass der TMC2008 hier evtl nicht die beste
> Wahl ist, wegen der begrenzten Amperzahl. Der TMC2009 wäre wohl die
> bessere Wahl für 1.7A Phase Current

Guter Hinweis. Bei 1,7A Nennstrom muss der Treiber 2,4A Dauerstrom 
liefern können. Die 1,7A beziehen sich nämlich auf den 
Vollschritt-Betrieb. Das entspricht beim Mikroschritt dem Moment, wo der 
Strom in beiden Wicklungen gleich groß ist (elektrisch 45°). Wenn nur 
eine Wicklung bestrom ist (Halbschritt-Position), ist der Strom um den 
Faktor Wurzel(2) höher.

Auch die Verlustleistung im Treiber ist nicht zu vernachlässigen. 
Moderne Chips sind zwar sehr effizient geworden, aber wenn man die 
techischen Daten ausreizen will, muss auch das Kühlkonzept stimmen. Dass 
ist bei diesen Mini-Makerboards in der Regel nicht gegeben.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Frank B. (bzb)


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Daniel D. schrieb:
> Bitte auch darauf achten, dass der TMC2008 hier evtl nicht die beste
> Wahl ist, wegen der begrenzten Amperzahl. Der TMC2009 wäre wohl die
> bessere Wahl für 1.7A Phase Current

Thorsten O. schrieb:
> Guter Hinweis. Bei 1,7A Nennstrom muss der Treiber 2,4A Dauerstrom
> liefern können. Die 1,7A beziehen sich nämlich auf den
> Vollschritt-Betrieb. Das entspricht beim Mikroschritt dem Moment, wo der
> Strom in beiden Wicklungen gleich groß ist (elektrisch 45°). Wenn nur
> eine Wicklung bestrom ist (Halbschritt-Position), ist der Strom um den
> Faktor Wurzel(2) höher.

Danke für die Hinweise, ich muss höhere Drehzahlen erreichen (bis zu 900 
RPM), aber nur ein paar Gramm rotieren (im mittleren zweistelligen 
Bereich).
Das werde ich wohl nur mit Vollschritten erreichen. Die Frage ist, wie 
viele Ausfallschritte dann produziert werden und die 
Gesamtumdrehungszahl im Rahmen einer erträglichen Toleranz bleibt.

von Roland D. (roland_d284)


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Moin,

Frank B. schrieb:
> Danke für die Hinweise, ich muss höhere Drehzahlen erreichen (bis zu 900
> RPM), aber nur ein paar Gramm rotieren (im mittleren zweistelligen
> Bereich).

Das Gewicht des Rotors nicht vergessen. Also 900RPM sind schon eine 
Nummer, das schaffen viele Motoren nur bei 24V oder noch mehr Spannung.

Wenn im Datenblatt nichts steht, versuche einen vergleichbaren Motor zu 
finden, bei dem im Datenblatt Drehmoment über Drehzahl als Diagramm drin 
ist.

Letztlich kochen alle Hersteller mit dem gleichen Wasser.

> Das werde ich wohl nur mit Vollschritten erreichen. Die Frage ist, wie
> viele Ausfallschritte dann produziert werden und die
> Gesamtumdrehungszahl im Rahmen einer erträglichen Toleranz bleibt.

Wenn er nicht mehr mitkommt (Schrittverluste trotz konstanter 
Ansteuerungs-Drehzahl) dann ist die Drehzahl eher undefiniert/zufällig.

Gruß, Roland

von Daniel D. (danielduese)


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Frank B. schrieb:
> Danke für die Hinweise, ich muss höhere Drehzahlen erreichen (bis zu 900
> RPM)

Spricht für eine Übersetzung zB. 10:1 oder einen BLDC.

: Bearbeitet durch User
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