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如何为步进电机、继电器和LED创建动态电源解决方案
文章来源:永阜康科技 更新时间:2018/7/31 13:11:00
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 正如您从我之前的博客中看到的,我的灵感源及所学知识多数源于我父亲对我的影响。有一个建议一直萦绕在我脑海:“两次测量,一次剪裁。”然而,作为工程师,每当我们为步进电机、LED和其他外设设计一个控制或电源电路遇到挑战时,我们期望让系统适应具体的规则和条件。我们基本上是进行两次测量,但只针对一组特定条件。事后的任何变化只意味着额外成本和评估时间,这可能是任何项目的一个痛点。或正如我的父亲所说:“您已将其剪裁,不可能再将其回复原貌!

那么,当您需要多个系统或配置的解决方案时会发生什么?如何确保您在拥有可为电机供电的系统,和在设计完成后灵活添加其它高压设备之间保持平衡?我建议使用系统的一个模块或子集来启动稍后可进行缩放的设计。

接口灵活性

您要做的首要事情是确保您可随意连接您的电源驱动器。虽然选择具有足够通用输入/输出(GPIO)的主机控制器来驱动输出是一个好主意,但实现控制方案或程序变得越来越困难,因为每个GPIO引脚都具有自己的调用和执行操作。串行接口可方便应对这一问题。大多数处理器都有如图1所示的一系列内部接口。这些接口模块可控制内存或外部传感器,甚至与其它处理器通信。

 

 

1MSP430™内部框图

 

但对于我们的系统来讲,选择很简单。正如我在介绍中提到的,我们正让此系统驱动包括步进电机在内的多个外设。对于步进电机,我们需要确保从主机提供顺序输出和同步输出。

 

2SPI主从连接

 

诸如串行外设接口(SPI)和I2C之类的接口可让您拥有来自主机或主设备的时钟信号(如图2所示)的优势,能够通过共享串行数据和时钟线进行扩展。然而,出于设计考虑,您希望维持低成本,因为具有大量电机和LED的解决方案需要多次迭代。

一些电机、LED和其它设备可能不会从作为处理器的内部串行接口中受益。这些情况下,可以使用如图3所示的SN74HC595这一串行到并行转换器。该设备有助于将数据顺序传送到输出。我选择这部分用于设计,因为它易于使用、成本低,并使设计人员能够堆叠或菊花链类似设备。任何诸如SN74HC164TCA9539在内的其它串行到并行设备也可以帮助完成任务。

 

3SN74HC595

 

驱动高电压和高电流

不幸的是,您不能简单地从主机微控制器驱动高功率负载。但您可应用FET降低处理器的总电流需求。这实际上是设计论坛中更受欢迎的线程之一,也是为何“连接3-V MSP430到5-V电路”应用笔记非常受欢迎的主要原因。若您查看此应用笔记,您将了解到ULN2003A是一个简单的解决方案。

Figure 4 showcases how the MSP430 microcontroller and ULN2003A can drive a 12V logic rail along with some motors and LEDs. This works out great because the ULN2003A can handle voltages up to 50V and currents up to 500mA/channel, which gives you ample range for motors and LEDs.

图4所示为MSP430微控制器和ULN2003A如何驱动12V逻辑轨及一些电机和LED。结果非常好,因为ULN2003A可处理高达50V的电压和高达500mA /通道的电流,这为您的电机和LED提供了足够范围。

 

4:将MSP30连接到高电压和高电流负载

 

汇总

既然现在条件已成熟,您可连接MSP430 MCU、SN74HC595ULN2003ACSD17571Q2,创建一个灵活的电源结构,可在8通道的倍数中进行扩展,如图5所示。

 

 

5:我们的动态驱动系统

 

您可使用此架构创建复杂系统,如空调、LED显示矩阵或甚至具有多个灯和电机的机器人。您还可创建具有添加功能或功能性的同一设计的多个版本,如图6所示的额外的显示器或电机。 

 

6:缩放我们的功率驱动器,以适应更多外设

 

由于您想让设计保持在一个合适规模,您现在可根据您的应用需求扩展或减少应用功能,或循环相同的结构,以提出需要高电压、高电流或两者兼具的其它应用程序。由于您只选择低成本替代方案,您可确保您的电路板仍具有成本效益,即使是多次迭代也是如此。

这是一个易于使用和灵活的设计,我们采取了这一理念,并制作了一个BoosterPack。但这只是其中一种您可驱动大功率外设(如步进电机和LED)的方法。您能想到其它架构吗?请在下方做出评论。

 
 
 
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HR8828 HR8828是一种内置步进表的集成微步进电机驱动器,为打印机、扫描仪和其它自动化设备提供解决方案。其设计为能使双极步进电机以全、半、1/4、1/8、1/16、1/32步进模式工作。步进模式由逻辑输入MODEx选择。输出驱动能力达到38V和±3.5A。HR8828的衰减模式可编程。 TB6560 QFN-48/LQFP-48 8V-38V/3.5A 内置步进表的3.5A集成微步进电机驱动器
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HR4982 HR4982是一种便于使用的内部集成了译码器的微特步进电机驱动器。其设计为能使双极步进电机以全、半、1/32和1/128步进模式工作。步进模式由逻辑输入MSx选择。输出驱动能力达到35V和±2A。HR4982包含一个工作在慢衰或混合衰减模式的固定关闭时间的电流调节器。 A4982 TSSOP-28 8V-35V/2A 内置转换器和过流保护的微特步进电机驱动芯片
HR4988 HR4988是一种便于使用的内部集成了译码器的微特步进电机驱动器。其设计为能使双极步进电机以全、半、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64和1/128步进模式工作。步进模式由逻辑输入MSx选择。输出驱动能力达到35V和±2A。HR4988包含一个工作在慢衰或混合衰减模式的固 定关闭时间的电流调节器。 A4988 TSSOP-28/QFN-28 8V-35V/2A 内置转换器和过流保护的微特步进电机驱动芯片
HR8833 HR8833为玩具、打印机和其它电机一体化应用提供一种双通道电机驱动方案。HR8833有两路H桥驱动,可以驱动两路刷式直流电机,或者一个双极步进电机,或者螺线管或者其它感性负载。 DRV8833 TSSOP-16 2.70V-12.8V 2A低电压双路刷式直流或单路双极步进PWM绕组电流调节/限制电机驱动器IC
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HR1084 HR1084是应用于直流电机方案的单通道H桥驱动器芯片。 HR1084的H桥驱动部分采用低导通电阻的PMOS和NMOS功率管。低导 通电阻保证芯片低的功率损耗,使得芯片安全工作更长时间。此 外HR1084拥有低待机电流、低静态工作电流。这些性能使能HR1084 易用于玩具方案。 DW1084 SOP-8/DIP-8 1.8V-6.0V/1A 玩具单通道低电压1A直流电机驱动IC
HR4985 HR4985是一种便于使用的内部集成了译码器的微步进电机驱动器。其设计为使双极步进电机能够以全、半、1/4和1/8步进操作。步进模式由逻辑输入MSx选择。输出驱动能力达到35V和±1A。HR4985包括一个能够控制慢或混合衰减模式的电流调节器,其截止时间固定。 A4985 QFN-24 8V-35V/1.0A 带转换器和过流保护的 DMOS 微步驱动器
HR3988 HR3988是一款四路DMOS全桥驱动芯片,能够驱动多达2个步进电机或4个直流电机。每个全桥输出额定值高达36V, 1.2 A。 A3988 TQFP-48 8V-35V/1.2A 四路DMOS全桥电机驱动芯片
HR3979 HR3979是一种新近开发出来、专门用于双极步进电机的微步进电机驱动集成电路,能驱动马达以全、1/2、1/4及1/16步进操作,其内部集成了步进和直接译码接口、正反转控制电路、双H桥驱动,单路输出额定值达到35V、±2.5A。 A3979 TSSOP-28 8V-35V/2.5A 带转换器的微步 DMOS 驱动器
HR3967 HR3967是一种新近开发出来、专门用于双极步进电机的微步进电机驱动集成电路,能以全、1/2、1/4及1/8微步细分驱动马达,输出额定值能达到30V、±750mA 。 A3967 SOP-24 8V-35V/750mA 内置转换器的微步进电机驱动芯片
 
 
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