Драйвер шагового двигателя TB6560 V2
TB6560 V2 - драйвер управления двухфазными шаговыми двигателями выполнен на специализированном чипе Toshiba TB6560AHQ с питанием 10В – 35В постоянного напряжения, предназначен для использования с двигателями типа NEMA17 – NEMA23 с максимальным током фазы до 3А. Широко используется в ЧПУ системах.
· Напряжение питания 10В – 35В постоянного напряжения;
· Оптоизолированные входы сигналов управления;
· Делитель шага (микрошаг) – 1,2,8,16;
· Установка максимального тока – 14 ступеней.
 |
 |
 |
 |
Основные характеристики:
|
Входное напряжение |
10-35В постоянного напряжения |
|
Выходной ток |
0.3A～3A (в пике 3.5А макс.) |
|
Температура эксплуатации |
-10～45℃ |
|
Влажность |
Не допускать конденсат и капли воды |
|
Дополнительные условия |
Не допускать проводящих газов и защищать от пыли |
|
Размеры |
75*50*35мм |
Описание:
Разьемы
|
Маркировка |
Описание |
|
CLK+, CLK- |
Положительный и отрицательный выводы входа тактового сигнала |
|
CW+, CW- |
Положительный и отрицательный выводы входа управления направлением вращения |
|
EN+, EN- |
Положительный и отрицательный выводы входа разрешения работы |
|
+24D, GND |
Положительный и отрицательный выводы подключения питания |
|
A+, A- |
Выводы подключения I фазной обмотки двигателя |
|
B+, B- |
Выводы подключения II фазной обмотки двигателя |
Назначение выводов TB6560.
| Номер вывода | Вход /выход |
Обозначение | Назначение | |
| TB6560AHQ | TB6560AFG | |||
| 1 | 42 | вход | TQ2 | Входы установки крутящего момента (рабочего тока) |
| 2 | 43 | вход | TQ1 | |
| 3 | 45 | вход | CLK | Тактовый вход (STEP) . Импульс инициирует один шаг. |
| 4 | 47 | Вход | ENABLE | Высокий уровень разрешает работу драйвера. Низкий уровень – отключает все выходы. |
| 5 | 48 | Вход | RESET | Низкий уровень вызывает сброс. |
| 6 | 50, 51 | - | SGND | Сигнальная земля. |
| 7 | 53 | - | OSC | Вход подключения конденсатора RC генератора, задающего частоту дискретизации выходов. |
| 8 | 55, 56 | Вход | Vmb | Напряжение питания двигателя (фаза B) |
| 9 | 61, 62 | выход | OUT_BM | Выход фазы B (отрицательный) |
| 10 | 64 | - | PGNDB | Силовая земля |
| 11 | 2, 4 | - | Nfb | Токовый выход фазы B для датчика тока (резистора). |
| 12 | 6, 7 | выход | OUT_BP | Выход фазы B (положительный) |
| 13 | 10, 11 | выход | OUT_AM | Выход фазы A (отрицательный) |
| 14 | 13, 14 | - | Nfa | Токовый выход фазы A для датчика тока (резистора). |
| 15 | 16 | - | PGNDA | Силовая земля |
| 16 | 19, 20 | выход | OUT_AP | Выход фазы A (положительный) |
| 17 | 23 | выход | Mo | Выход индикации начального состояния диаграммы. Открытый коллектор, в начальном состоянии замкнут. |
| 18 | 25, 26 | Вход | Vma | Напряжение питания двигателя (фаза A) |
| 19 | 28 | выход | Protect | Выход индикации срабатывания защиты по перегреву. Открытый коллектор, при перегреве замкнут. |
| 20 | 30, 31 | Вход | Vdd | Питание управляющей части. |
| 21 | 33 | Вход | CW/CCW | Выбор направления вращения (DIR). Низкий уровень прямое, высокий – реверсивное. |
| 22 | 35 | Вход | M2 | Выбор режима (шаг, полушаг, микрошаг). |
| 23 | 36 | Вход | M1 | |
| 24 | 38 | Вход | DCY2 | Выбор режима спада тока обмоток. |
| 25 | 39 | вход | DCY1 | |
Схемы подключения
Управляющие входы можно подключить к портам контроллера двумя способами. Зависит от конфигурации и исполнения портов контроллера (Рис.1, Рис.2).
Пример подключения драйвера при исполнении порта контроллера на NPN ключах с открытым коллектором.
Пример подключения драйвера при исполнении порта контроллера на PNP ключах с открытым коллектором.
Примечание:
Значение сопротивлений R_CLK, R_CW и R_EN зависят от питающего напряжения VCC:
· При VCC=5В, R_CLK = R_CW = R_EN = 0;
· При VCC=12В, R_CW = R_EN = 1кОм, R_CLK = 1.5кОм;
· При VCC=24В, R_CW = R_EN = 2кОм, R_CLK = 3кОм.
 |
| Принципиальная схема драйвера шагового двигателя TB6560-V2. |
Оптоизоляция входных сигналов выполнена на оптопарах 4Т35, 6N137 и PC817. Для сигнала STEP используется быстродействующий оптрон 6N137. Частота сигнала STEP может достигать 15 кГц. Остальные сигналы такого быстродействия не требуют.
Блок установки номинального тока подключает параллельно до трех резисторов, тем самым задавая разное сопротивление датчиков токов фаз (резисторы NF).
Единственная функция модуля TB6560-V2, которой нет в микросхеме TB6560 – это снижение тока при остановке двигателя. Очень удобная функция. Когда двигатель останавливается, нет необходимости держать на его обмотках полный рабочий ток. Выключать драйвер нельзя, так как ротор может повернуться от механического воздействия или притянуться к ближайшей фазе при микро шаговом режиме. Т.е. ток в фазах надо оставить, только снизить до уровня удерживающего тока.
Блок определения остановки двигателя реализован на одновибраторе 74HC123 (74HC23.pdf). Сигнал STEP перезапускает одновибратор по каждому отрицательному фронту. Когда импульсы сигнала STEP прекращаются, т.е. двигатель останавливается, одновибратор заканчивает отрабатывать последний выходной импульс и переходит в состояние высокого уровня (вывод 4). Время импульса одновибратора задано элементами R1, C1 и составляет 45 мс. Таким образом, если импульсы сигнала STEP следуют с периодом не реже приблизительно 50 мс, то вывод 4 одновибратора 74HC123 находится в низком состоянии, и рабочий ток определяется переключателем S1. Когда импульсы сигнала STEP прекращаются, вывод 4 переходит в высокий уровень и устанавливает на входах TQ1 и TQ2 микросхемы TB6560 режим пониженного тока.
В схеме драйвера удивляет отсутствие защитных диодов. Если покрутить двигатель в выключенном состоянии драйвера, то он будет работать как генератор и микросхема может выйти из строя. Для защиты выходных ключей драйвера обычно используется простая схема из диодных ограничителей. На каждый из четырех выходов микросхемы TB6560 необходимо подключить по два диода: к земле и напряжению питания (сигнал 24 V). С учетом того, что в драйвере используется ШИМ выходных сигналов, диоды должны быть высокочастотными.
 |
|
Схема подключения к контроллеру Руководство по эксплуатации интерфейсной платы управления приводами ЧПУ системы до 5 осей Руководство по эксплуатации (англ.)интерфейсной платы управления приводами ЧПУ системы до 5 осей Мануал (англ.) интерфейсной платы управления приводами ЧПУ системы до 5 осей |
 |
| Схема подключения к контроллеру |
3. Настройка DIP переключателей
Микрошаг - режим управления шаговым двигателем, под которым понимают режим деления шага. Микрошаговый режим отличается от простого режима полношагового управления двигателем тем, что в каждый момент времени обмотки шагового мотора запитаны не полным током, а некими его уровнями, изменяющимися по закону SIN в одной фазе и COS во второй. Такой принцип позволяет фиксировать вал в промежуточных положениях между целыми шагами. Количество таких положений задается настройками драйвера. Скажем, режим микрошага 1:16 означает, что с каждым поданным импульсом STEP драйвер будет перемещать вал примерно на 1/16 полного шага, и для полного оборота вала потребуется подать в 16 раз больше импульсов, чем для режима полного шага.
 |
Делитель шага (микрошаг) устанавливают переключателями S3, S4 в соответствии с таблицей:
|
Делитель шага |
||
|
Делитель |
S3 |
S4 |
|
1 |
OFF |
OFF |
|
2 |
ON |
OFF |
|
8 |
ON |
ON |
|
16 |
OFF |
ON |
 |
 |
| Шаговый режим | Полу шаговый режим |
 |
 |
| Микро шаговый режим 1/8 шага. | Микро шаговый режим 1/16 шага. |
Насколько мелким имеет смысл делать микрошаг?
Ответ: Зависит от мотора, но скорей всего не мельче 1/16.
Точность у шаговых двигателей 1.8° и 0.72° (соответственно 2-фазный 200 шагов/оборот и 5-фазный 500 шагов/оборот) имеют механическую точность ± 3 arc minutes (0.05°).
Механическая точность 0.05° означает, что мотор может позиционироваться с точность 0.05°. Не важно, насколько точный сигнал ты на него подашь, точность позиционирования всё равно будет не выше 0.05°, хоть ты тресни повернул ли ты мотор на 1 градус или на 360, одним движением или в несколько приёмов – точность позиционирования всё равно 0.05°.
В целях простоты ограничимся простейшим мотором 1.8° (т.е. 2-фазный 200 шагов/оборот).
Один 1/16 микрошаг поворачивает его на 0.1125°.
Один 1/32 микрошаг – на 0.05625°.
А механическая точность его, как мы помним, 0.05°
Так что 1/32 микрошаг ну совершенно не имеет смысла. 1/16 тоже не сильно осмыслен – точность будет пол микрошага
Более плавное движение при более мелком микрошаге – это хорошо, но лучше грубое предсказуемое движение, чем плавное и тихое непредсказуемое.
Для моторов наимельчайший микрошаг, который ещё в какой-то степени имеет смысл при отсутствии обратной связи – это 1/16 для двухфазного и 1/8 для пятифазного.
Настройка выходного тока, который поступает на шаговый двигатель, в режиме удержания осуществляется с помощью переключателя S2:
Удержание ротора - режим работы шагового двигателя когда подача напряжения производится на все обмотки. Момент удержания является одной из характеристик мощности шаговых двигателей.
Установка тока в режиме покоя определяется переключателем S2. Таблица соответствия:
|
Выходной ток в режиме удержания |
|
|
S2 |
|
|
20% |
ON |
|
50% |
OFF |
Установка выходного тока
Установка выходного тока в рабочем режиме двигателя (вращение) устанавливается с помощью переключателей SW1,SW2,SW3,S1:
Переключатели SW1-SW3, S1 устанавливают выходной ток в режиме вращения. Таблица соответствия:
|
Выходной ток (А) |
||||||||||||||
|
(А) |
0.3 |
0.5 |
0.8 |
1 |
1.1 |
1.2 |
1.4 |
1.5 |
1.6 |
1.9 |
2 |
2.2 |
2.6 |
3 |
|
SW1 |
OFF |
OFF |
OFF |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
ON |
ON |
ON |
ON |
ON |
ON |
|
SW2 |
OFF |
OFF |
ON |
ON |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
ON |
ON |
|
SW3 |
ON |
ON |
OFF |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
ON |
OFF |
OFF |
ON |
ON |
OFF |
ON |
|
S1 |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
ON |
OFF |
OFF |
Из-за разности параметров двигателей и их режимов возникает необходимость коррекции формы дискретных импульсов для приближения их к синусоиде. И в драйвере есть такая возможность.
Затухание дискретных импульсов (Decay)
ШИМ в микросхеме TB6560 реализован не цифровым способом , а релейным методом. При достижении тока обмотки заданного значения (NF) аналоговый компаратор выключает ключи. Управление ключами синхронизировано с частотой задающего генератора, и период управления ШИМ соответствует 4 тактовым импульсам генератора. Т.е. правильнее сказать, что это синхронный релейный регулятор.
Обмотки шагового двигателя обладают значительной индуктивностью. При выключении ключей ток обмоток не может прекратиться мгновенно и продолжает течь в том же направлении. Образуется цепь разряда тока: обмотка, защитные диоды, источник питания.
Для ускорения спада тока существуют два варианта коммутации ключей, названные медленным и быстрым (форсированным) режимами.
На первом рисунке рабочий режим коммутации. Ключи открыты, ток обмотки нарастает в выбранной полярности.
Второй рисунок показывает медленный режим спада тока при выключении. Открываются оба нижних ключа, через них и происходит разряд тока. Катушка замыкается и это является более эффективным способом, чем разряд через диоды на источник питания, когда закрыты все ключи.
Самый эффективный, быстрый способ спада тока показан на третьем рисунке. Открываются противоположные ключи, и на обмотку подается обратное напряжение.
Логика микросхемы отрабатывает 4 режима спада тока обмоток:
0% - после выключения ключи коммутируются в режим медленного спада тока;
25% - после выключения ключи коммутируются в режим медленного спада тока, а на последнем интервале переходят в форсированный режим;
50% - после выключения ключи коммутируются в режим медленного спада тока, а на двух последних интервалах переходят в форсированный режим;
100% - используется режим быстрого спада тока на всех четырех интервалах.
Установка скорости спада тока (Decay).
Режим определяет способ коммутации выходных ключей при выключении, а значит и скорость спада тока обмоток двигателя.
При задании медленного спада тока форма выходного сигнала в микро шаговом режиме становится близкой к синусоидальной. Это уменьшает шумы, вибрации, пульсации.
Но медленный спад тока может привести к нарушению пропорций фазных токов, что важно в микро шаговом режиме.
С одной стороны желательно, чтобы форма тока обмоток была плавной, близкой к синусоидальной. Меньше помех, пульсаций, шумов, вибраций.
С другой стороны медленный спад тока может нарушить пропорции между токами обмоток, что крайне важно в микро шаговом режиме. Естественно, это важно на больших скоростях вращения, а значит при высокой частоте коммутации обмоток двигателя.
Вывод, что режимы форсированного спада тока обмоток надо использовать в микро шаговых режимах с высокой скоростью вращения двигателя. Большое значение также имеет индуктивность обмоток двигателя.
В драйвере есть возможность подстраивать форму дискретных импульсов для формирования сглаженного сигнала, приближенного к синусоиде. Необходимость возникает из-за разности параметров двигателей и их режимов.
Параметр указывает наклон горизонтальной части импульса после переднего фронта (затухание). Для прямоугольного импульса (меандр) - Decay = 0%, для треугольного - Decay = 100%. Функция может быть полезна для выбора оптимального режима работы шагового привода и часто помогает сгладить работу двигателя, уменьшить шум и вибрации. Таблица соответствия:
|
（Decay Setting） |
||
|
S5 |
S6 |
|
|
0% |
OFF |
OFF |
|
25% |
ON |
OFF |
|
50% |
OFF |
ON |
|
100% |
ON |
ON |
4. Силовые цепи
Допускается последовательное и параллельное включение шаговых двигателей. При параллельном включении выходной ток необходимо устанавливать выше. При последовательном включении ток устанавливается как для одного двигателя.
Подключение силовых цепей
 |
| Схема подключения для четырехвыводного двигателя |
 |
| Схема подключения шести выводного двигателя при использовании на половину мощности |
 |
| Схема подключения 6-ти выводного двигателя при использовании на полную мощность |
 |
| Схема подключения 8-ми выводного двигателя при паралельном подключении обмоток |
 |
| Схема подключения 8-ми выводного двигателя при последовательном подключении обмоток |
5. Монтаж драйвера
При монтаже необходимо соблюдать следующие требования:
· Удаленность от других элементов – не менее 20мм;
· Отсутствие вблизи нагреваемых элементов;
· Место монтажа должно быть защищено от пыли, агрессивных газов, масляного тумана, влажности и сильной вибрации.
6. Световые индикаторы
· Power: индикатор питания;
· Run: индикация режима работы.
7. Прикладное применение
Полная система управления шаговым двигателем должна содержать драйверы шаговых двигателей, шаговые приводы, источник питания постоянного тока и контроллер.
Подключение драйвера к периферии:
Пример подключения драйвера к контролллеру BL-MACH-V1.1 (BB5001)
 |
Подключение драйвера TB6560 к Arduino
 |
| Схема подключения к Arduino |
Подключение к Arduino
Пин 9 (Step пин) к CLK+,
Пин 8 (Dir пин) к CW+,
CLK- и CW- подключаются к контакту GND на Arduino.
Не подключайте контакты EN+ и EN- ни к каким пинам Arduino!
Шаговые двигатели подключаются в соответствии с их маркировкой. То есть, вам надо знать какие цвета соответствуют контактам A+, A-, B+ и B-. Эту информацию вы можете получить из даташита вашего шагового двигателя.
Рекомендации по эксплуатации.
Драйверы TB6560-V2 стабилизируют выходной ток. Но они рассчитаны на стабилизацию тока через индуктивность, в которой ток мгновенно измениться не может.
Кроме того датчики стабилизатора тока подключены к земле, т.е. стабилизируется ток, протекающий через землю. Это приводит к тому, что любое замыкание вывода на землю или межфазное замыкание (попутка фазных обмоток) выводит микросхему из строя.
Включать драйвер с неподключенным двигателем можно. Неприятностей не будет.
Драйвер не содержит защитных диодов выходных ключей. Поэтому крутить двигатель при отключенном питании драйвера запрещено. Может привести к пробою выходных ключей.
При выгорании верхних ключей на замыкание на обмотки двигателя может поступить напряжение питания. Ток ничем не будет ограничен и шаговый двигатель сгорит. Для исключения такой ситуации я бы рекомендовал использовать плавкий предохранитель в цепи питания драйвера. Обмотка двигателя мгновенно не сгорит. Предохранитель успеет сработать.
Программа для проверки работы
int Distance = 0; // записываем количество шагов, которое было совершено
void setup() {
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
digitalWrite(8, LOW);
digitalWrite(9, LOW);
}
void loop() {
digitalWrite(9, HIGH);
delayMicroseconds(100);
digitalWrite(9, LOW);
delayMicroseconds(100);
Distance = Distance + 1; // записываем этот шаг
// проверяем, не находимся ли мы в конце перемещения
// два поворота при мосте 1/8 и 1 поворот для моста 1/6 (для этого скетча)
if (Distance == 3200) { // Мы добрались до крайней точки, начинаем вращение в противоположном направлении
if (digitalRead(8) == LOW) {
digitalWrite(8, HIGH); }
else {
digitalWrite(8, LOW);
} // Обнуляем расстояние, так как мы начинаем новое движение
Distance = 0;
// Делаем паузу на пол секунды
delay(500);
}
}
