Easy Driver – Driver para Motor de Passo

Um dos modelos mas populares de motor de passo é o Easy Driver que é compacto e compatível com o Arduino. Estarei explicando algumas das características técnicas do Easy Driver modelo V4.4 que é recomendável para motores de passo bipolares, a partir do chip A3967 que possui um tradutor interno que faz esta comunicação entre os microcontroladores e o motor.

  Para detalhar o artigo irei me basear na página original em inglês do criador do Easy Driver , mas aconselho se a página do criador ainda estiver online utilize ela para a sua consulta. Criado por Brian Schmalz em 2007 o Easy driver é um intermediador entre a programação (Arduino, PIC e etc.) e o motor de passo, É o Easy Driver que vai controlar a corrente necessária para as bobinas do motor para que possa dar o passo certo através dos pulsos emitidos pelo Arduino ou PIC.  

 Este driver utiliza o Chip A3967 e tem o limite de corrente para motores de até 750mA por bobina, para correntes maiores é recomendável conectar vários Easy Drivers em paralelo dependendo da corrente necessária que o motor exige, para mais detalhes abaixo está¡ uma tabela que montei utilizando os dados do criador e também o datasheet do chip A3967 lembrando que esta tabela é voltada para o Easy Driver e não somente para o chip A3967:

    O chip A3967 possui proteção interna contra baixa tensão, proteção térmica com histereses e contra sobre correntes. O que faz que o uso de componentes de proteção externos não se torne necessário, mas se caso preferir adicionar algum circuito de proteção, sinta-se livre, caso o orçamento e espaço em seu projeto o permita.

    O próprio fabricante Allegro informa que o chip é livre de chumbo em sua fabricação o que faz que seja um componente menos poluente no seu descarte caso venha a não funcionar mais.

Temperatura

    O Chip A3967 possui um limite de temperatura alto de 165ºC e quando a temperatura chega a 150°C o sistema de proteção de temperatura age e o desliga para que não ocorra danos ao chip e também ao motor conectado, porem não é recomendável que você trabalhe com ele nesse limite pois no próprio datasheet do componente informa que a temperatura de operação é de -20°C até 85°C, ou seja, você deve trabalhar nesta faixa de temperatura sempre evitando ultrapassar os 85ºC para ajudar utiliza-se um dissipador para melhorar a troca de calor do chip com o ambiente.

Dica: Sem o dissipador acoplado a temperatura eleva-se rapidamente durante o uso, mesmo com os motores parados o consumo de corrente é o suficiente para aquecer o chip. Utilize sempre dissipadores para aumentar a vida útil do Easy driver.

Compatibilidade

    O Easy Driver faz o controle do motor de passo não pela tensão e sim pela corrente, o Easy Driver verifica a corrente necessária para o motor de passo através de testes ultra rápido, o que torna compatível com diversos motores independente da tensão que ele suporta, um exemplo é o projeto da CNC: Alimentando o Easy Driver com 12V mas o motor escolhido é um NEMA 16 que possui uma tensão máxima de 2V e uma corrente de alimentação de 700mA, o Easy Driver controla a corrente máxima para a bobina evitando que passe corrente em excesso caso a tensão seja maior do que o fabricante informa, este exemplo foi testado por mim e não houve qualquer dano ao motor e também nenhuma perca de potencia ou precisão.

Também é possível conectar motores bipolares de 4, 6 e 8 fios apenas tendo que isolar os fios que estão no meio da bobina, como exemplo um motor de 6 fio você deve utilizar os fios das pontas e isolar o fio do meio:

O mesmo deve ser feito para o motor de 8 fios, utiliza-se os fios dos extremos da bobina e isola os fios do meio transformando o motor de 8 fios para um de 4 fios facilmente.

Mas não é possível utilizar em um motor monopolar, pois eles possuem 5 fios e é obrigatório que se utilize drivers especiais para motores de passo monopolar.

Detalhes técnicos

    Para uma explicação detalhada irei explicar cada pino do Easy Driver, estarei me baseando tanto no artigo do criador Brian Schmalz do Easy Driver quanto no datasheet do chip A3967 abaixo está a foto disponibilizada no site do criador que descreve cada pino do Easy Driver:

Saída para Motor (Motor Coil A e B): Está é a saída para as bobinas do motor de passo bipolar com duas bobinas, a saída para cada bobina e o limite é de 750mA para cada bobina com as duas bobinas ativas a saída A e B somam 1,5A, caso a rotação esteja contrária basta somente inverter a conexão A com B e B com A e o sentido será invertido.

Atenção!!! Não desconecte o motor enquanto o Easy Driver estiver ligado, isto poderá danificar tanto o chip quanto o motor.

Entrada Rápida de Decaimento (PFD – Percent Fast Decay Input): Quando um sinal de comando de entrada em degrau de uma corrente de saída inferior do passo anterior, ele liga o decaimento da corrente de saída, em lenta, rápida, ou mista-deterioração, dependendo do nível de tensão na entrada PFD. Se a tensão na entrada de PFD for maior do que 0,6 então o VCC modo decaimento lento é selecionado. Se a tensão de entrada no PFD for inferior a 0,21 VCC, o modo de decaimento rápido é selecionado. decomposição é misturada entre esses dois níveis em 0,22 VCC a 0,59 VCC.

Dica: Este pino é útil quando se for trabalhar com 1/2, 1/4 e 1/8 micro passos, mais detalhes encontra-se no datasheet do chip A3967 que possui gráficos de como utilizar os modos PFD.

Reiniciar (Reset): Esta é uma entrada de sinal que é ativada em nível baixo(LOW) que faz o tradutor voltar as condições iniciais e desliga todas as saídas do chip, e a entrada de Passos será ignorada até que o Reset seja colocado em nível alto (HIGH).

Habilitar (Enable): Esta é uma entrada que também é ativa em nível logico baixo (LOW). Quando estiver em nível lógico alto(HIGH) as saídas serão desativadas. As entradas para a tradução (STEP, DIR, MS1, MS2) são todas independentes do estado ativo a entrada ENABLE.

MS1 e MS2: Estas estradas são responsáveis por selecionar o modo de micro passos (Resolução) de 1/2, 1/4 e 1/8  e estão relacionadas diretamente com a precisão do motor de passo, a seleção das resoluções estão conforme a tabela abaixo, L para nível lógico baixo e H para nível lógico alto:

Dica: Quanto menor for a resolução mais preciso será a rotação de um motor e consequentemente mais passos serão necessários para que o motor se movimente.

Alimentação de Entrada (Power in): Esta é a entrada de alimentação para os motores e também para o chip A3967 através de um regulador de 5 V integrado na mesma placa. Alimentação é de 6V a 30V e é recomendável que a fonte tenha no mínimo 1,5 A para alimentação do motor, mas dependendo da corrente exigida pelo motor poderá ser de menor amperagem.

Saída +5V (+5V Output): Esta é uma saída para alimentação de circuito lógico externo, nesta saída pode ser alimentado um Arduino, esta saída elé ligada diretamente da saída do regulador que está acoplado na placa do Easy Driver. A corrente fornecida de saída está diretamente ligada a tensão que está sendo alimentado o Easy Driver atraves da entrada “Power in” quanto maior for a tenção menor será a corrente fornecida no pino +5V. Abaixo está uma tabela fornecida pelo criador do Easy Driver com as tensões e também as correntes fornecida pelo pino +5V estas correntes são os LIMITES que eles podem chegar estas correntes foram medidas por um Termômetro Infravermelho e elas atingiram o limite de temperatura do regulador de tensão:

    Quanto maior for a tensão de entrada maior será a dissipação de potencia que o regulador irá gerar e consequentemente mais rápido irá se aquecer.

Atenção!!! Não trabalhe com estas correntes em suas respectivas tensões pois estas correntes são o limite do regulador se possível tente alimentar seu circuito lógico externo com outra fonte de alimentação de 5V, caso insista nestas correntes isto poderá danificar tanto o regulador de tensão quanto o chip A3967 ocasionando mal funcionamento.

Modo Economia (Sleep Input): Está é uma entrada que também é ativada em nível lógico baixo, esta entrada faz com que o consumo de energia caia drasticamente desativando varias funções lógicas internas do chip A3967, também a saída para o motor e mantendo uma corrente minima para o consumo do chip de 20µA.

Dica: Esta função ajuda em muito a evitar o aquecimento do chip enquanto o motor estiver ocioso sem utilização. Utilize este pino sempre que possível em seus projetos.

GND: Todos os pinos comum do Easy Driver estão interconectados na placa, podendo ser utilizar qualquer pino GND para ligar o aterramento do circuito lógico.

Entrada de Passo (STEP): A entrada de passo STEP detecta na transição da borda de subida um PASSO em sequência o tradutor avança o motor um incremento. O conversor controla a entrada para os DACs e a direção do fluxo corrente em cada bobina. O tamanho do incremento é determinado pelo estado de entradas MS1 e MS2.

Entrada de direção (DIR): Esta é uma entrada que determina a direção em que o motor ira rodar, quando o nível lógico é LOW o sentido é de um lado, e quando em HIGH ele irá rodar para outro lado.

Referencias da Publicação

Easy Driver Stepper Motor Driver (22/08/2016):

http://www.schmalzhaus.com/EasyDriver/index.html

Datasheet A3967

O trabalho “Easy Driver – Driver para Motor de Passo” de Jailson Oliveira está licenciado com uma Licença Creative Commons – Atribuição 4.0 Internacional.
Baseado no trabalho disponível em http://www.schmalzhaus.com/EasyDriver/index.html.