3- und 4-Achsen Schrittmotortreiberplatine auf Basis des Allegro-Chips

Wie Sie auf dem Foto sehen können, handelt es sich um einen sehr kleinen 3-Achsen-Treiber. Dies ist die einfache, nicht bestückte Leiterplatte (PCB). Das auffälligste Merkmal dieser Platine ist die Position der drei Allegro 3979 ICs (integrierte Schaltkreise). Bevor ich fortfahre, sollte ich die Allegro 3979 Chips beschreiben. Dies sind erstaunliche Chips, aber es ist nicht ohne seine Herausforderungen. Der Allegro 3979 ist ein IC, der nicht nur seinen eigenen Schaltkreis, sondern zwei integriert. Viele Treiber werden zwei ICs haben, die die Aufgaben erledigen, die der Allegro 3979 erledigen wird. Diese Aufgaben umfassen Übersetzung und Stromverteilung. Warum muss ein Chip also übersetzen? Die vom Computer kommenden Signale werden vom Motor nicht erkannt. Die Spulen im Motor müssen in einer bestimmten Reihenfolge angesteuert werden. Der Computer sendet also ein Signal (eine 5V-Änderung in einem Draht vom Computer zum Treiber). Der Treiber empfängt das Signal und es geht direkt zum Übersetzer (oder diesem Teil des Chips). Der Übersetzer weiß, welche Sequenz bereits aufgerufen wurde. Zum Beispiel sind die Drähte für einen bipolaren Schrittmotor wie folgt: A+, A-, B+, B-. In der jeweiligen Reihenfolge ist die Sequenz: Signal #1 vom Computer - 1, 0, 0, 0 Signal #2 vom Computer - 0, 0, 1, 0 Signal #3 vom Computer - 0, 1, 0, 0 Signal #3 vom Computer - 0, 0, 0, 1 Die Sequenz beginnt mit aufeinanderfolgenden Signalen von neuem. Die 1 stellt den jeweiligen Draht dar, der Strom vom Treiber erhält. Der Übersetzer merkt sich diese 1- und 0-Kombinationen. Aber ist die Stromversorgung des Drahtes nur 5V? Nein, da kommt die andere Aufgabe ins Spiel. Erinnern Sie sich, ich sagte, dass der Allegro 3979 zwei Hauptaufgaben hat (Übersetzung und Stromversorgung)? Letzteres stellt eine neue, höhere Leistungsstufe für den Draht (Spule) her, der angesteuert werden muss. Da der Allegro 3979 den Draht kennt, der angesteuert werden soll, nimmt der Chip Strom von einem separaten Netzteil und leitet ihn an den richtigen Draht um. Nun können die Spulen mit einem hohen Strom und einer höheren Spannung versorgt werden, als es zum Betrieb des Chips selbst erforderlich ist. Zusammenfassend nimmt der Allegro 3979 ein einzelnes Signal vom Computer (weil die Maschine einen Schritt bewegen möchte) und nimmt die nächste Sequenz von 4 Drähten und liefert hohe Leistung und Strom an die Motordrähte. Wir wissen also, dass dieser Chip gut im Multitasking ist, aber wie gut ist dieser Chip... Wirklich?!? Das Datenblatt für den Allegro besagt, dass der Chip 2,5 Ampere Strom bei 35 Volt ziehen kann. Eine Minute warten! Sehen Sie, wie klein diese Chips sind? Das ist ziemlich überraschend. Hier liegen die Herausforderungen bei der Entwicklung der gesamten Platine. Strom bei einer Nennleistung von 2,5 Ampere für diesen Chip bei 35 Volt erzeugt viel Wärme. So viel Wärme, dass die Chips sofort in Rauch aufgehen würden. Glücklicherweise kann eine große Massefläche die Wärme vom Chip ableiten. Je größer die Massefläche, desto besser die Wärmeableitung. Sie werden sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite der Platine große Masseflächen bemerken, die jedem Chip gewidmet sind. Diese Platine wurde manuell geroutet, um sicherzustellen, dass die Massefläche maximal ist. Schauen Sie sich das Routing auf dem Foto oben an. Die großen hellgrünen Flächen auf der Platine sind die Masseflächen, die jedem Chip zugeordnet sind. Noch deutlicher auf der oberen Schicht der Platine (erstes Foto) bedeckt die Massefläche fast vollständig die Platine. Um die Wärmeableitung zu erhöhen, befinden sich 6 Löcher unter dem Bauch des Chips. Dies leitet die Wärme und das Massesignal zur unteren Schicht der Platine und verdoppelt so die Wärmeableitung. Einige weitere Herausforderungen bei der Entwicklung der Platine sind die winzigen Komponenten. Mein erstes Reflow der Platine war ein Desaster. Das Problem rührt von der Verwendung von Lötpaste und einer Spritze her. Mein nächster Versuch wird mit einer lasergeschnittenen Lötpastenschablone sein. Der örtliche ACE Hardware hat einen Epilog Laser. Ich habe mich schnell mit dem Besitzer angefreundet. Wie Sie sehen können, sind die allgemeinen Widerstände und Kondensatoren die 0603-Versionen (.06" x .03"). Diese Komponentengrößen wurden ausgewählt, um die größtmögliche Massefläche zu ermöglichen. Das Anbringen auf ihren Pads ist eine Qual, aber das wird in Zukunft optimiert. Und ja, das ist die gleiche Schraube, die ich auf den meisten meiner Bilder habe. Der Allegro 3979 benötigt auch Strommesswiderstände, damit die Stromversorgung aufrechterhalten werden kann (Beseitigung von Ungenauigkeiten durch IR-Abfälle der Massefläche). Dieser Kollege wird gemäß Datenblatt so nah wie möglich am Allegro 3979 platziert. Der beeindruckendste Aspekt dieses Chips und der Grund, warum ich ihn für den Treiber zur Darstellung von buildyourcnc.com ausgewählt habe, ist, dass der Allegro ohne zusätzliche Schaltungen (Pulsweitenmodulation - PWM, Oszillation usw.) in 1/16-Schritten mikroschrittfähig ist. Dies war ein Muss für mich, da ich Riemenscheiben und Kettenräder antreibe.