Driver basato sulla coppia L297 + L298

Da 2,5 Amper fase, per motori passo passo bipolari.

Questo driver resta i mio preferito quando devo azionare motori non troppo esosi in corrente,
ideale per motori da nema 17 fino a nema 23, con resistenza di fase non inferiore a 1, 5 Ohm.

Quindi ideale per motorizzare un pantografo fresa cnc, oppure anche un piccolo tornio cnc, la capacita di gestire motori passo passo fino a nema 23, con corrente di ben 2,5 amper e voltaggio fino a 40 volts, lo rende una soluzione economica e dalle ottime performance velocistiche adoperando dei buoni motori passo passo, dato che con buoni motori e possibile arrivare ad una coppia notevole e capace di movimentare un pantografo cnc fresa di dimensioni anche abbastanza notevoli, magari utilizzando delle riduzzioni a cinghia se si possiedono motori non troppo performanti come coppia. di questi driver ne avrò montati almeno un 200 sparsi per tutta italia, e solo poche persone non sono state in grado di farli funzionare.
Il driver di potenza o dual H bridge L298 e un driver costruito con transistor (BJT) e come tale non sopporta carichi con resistenza troppo bassa.
Il problema e dovuto al fatto che più e bassa la resistenza di carico più il BJT dissipa calore sulle sue giunzioni.
Quindi usatelo solo su motori che hanno almeno 1, 5 Ohm fase.
E possibile usarlo anche su motori con res. di fase più bassa, ma bisogna stare molto attenti quando si regola la corrente, e lasciare un margine di sicurezza alla dissipazione termica , quindi ad esempio un motore con 0,8 ohm sulle fasi non potrà mai essere alimentato ad una corrente superiore a 2 Ampere in quanto il 298 non riuscirebbe a dissipare in tempo il calore sviluppato internamente.
Prova di ciò e il fatto che anche utilizzando un driver composto da ben 2 L298 in parallelo (quindi 3,5 Amper di erogazione per fase garantita dal costruttore) , su un motore da soli 0,6 ohm per fase , arrivato a erogare solo 2 Ampere mi sono visto saltare entrambi i 298 , perché nonostante un generoso dissipatore posto sui 298 il calore interno non ha fatto in tempo ad essere trasferito, e i bjt che costituiscono i ponti H sono saltati lo stesso.
Premesso questo, devo dire che questo driver resta il mio preferito quando devo azionare motori non troppo grossi e non ha mai dato problemi quando adoperato correttamente.

Schema del circuito e descrizione.

Come potete vedere lo schema é abbastanza semplice, in pratica ricalca quello che é lo schema rintracciabile sui datascheet del produttore degli IC L297 L298, la ST microelectronics, i dataset e possibile rintracciarli facilmente su web.

Da notare le migliorie per quanto riguarda la sezzione di ingresso dei segnali per renderla maggiormente compatibile con altri integrati TTL , usati nelle mie altre schede per interfacciare la porta parallela del pc allo stadio di potenza.

Riguardo alla sezione interfaccia porta parallela , non mi dilungo oltre perché verra trattata ampiamente in un'altra pagina apposita.

Per adesso vi basti sapere che lo schema presentato e ampiamente provato come affidabilita e prestazzioni, nonché usato sù schede ad uso anche medicale, dove e richiesta la massima affidabilita in termini di sicurezza di utilizzo, anzi e da dire che sé anche vecchi come tecnologia costruttiva , gli stepper motor driver della ST sono tra i pochissimi driver autorizzati per uso medicale in USA .

Schede di controllo cnc commerciali anche quelle presentate nella pagina mercatino, ricalcano alla perfezione quello che é lo schema presentato, con poche varianti per quello che é lo stadio di potenza vero e proprio , anzi su questo schema non si é badato a spese per quanto rigurda le caratteristiche dei diodi di ricircolo usati, tra i piu veloci e anche leggermente costosi in commercio, unica differenza puo rigurdare lo sbroglio del pcb, che come raccomanda il produttore degli ic 297 298 , deve essere con collegamenti delle piste piu corti possibile, cosa che ho rispettato a pieno, anche sé a qualcuno puo fare storcere il naso il fatto di vedere piste che passano tra i piedini degli ic stessi.

Ricordo a chi non fosse esperto di elettronica che é sempre meglio, una pista corta e con minore induttanza possibile , che una pista ed un pcb con ponticelli e piste lunghe che oltre a distorcere i segnali portano sopratutto a funzionamenti errati dei circuiti.

Anteprima dello sbroglio del driver (Guardate quanto e bello :-)

Da notare i pochi ponticelli presenti sulla scheda, solo dove era necessario e non fattibile altrimenti.

Ho letto da qualche parte sul web di un singore che consigliava di realizzare questa tipologia di circuiti con le piste piu distanti possibile e con maggior numero di ponticelli piuttosto che far passarele piste tra i piedini degli integrati, non mi pronucio in merito, dico solo che forse sarebbe il caso di essere meno categorici e sopratutto rileggersi un po i libri dove trattano l'argomento sbroglio di pcb e conseguenze nefaste delle induttanze relative a piste lunghe e sopratutto pcb e come realizzarli bene.

Riguardo all'assemblaggio dei componenti sul pcb che facilmente potrete realizzare adoperando un buon stagnatore e sopratutto stagno con lega di buona qualita, ho segnato delle note sui componenti con caratteristiche particolari.

1) il componente siglato "jp3" altro non é chè uno spezzone di strip per ponticelli a passo 2,54 questo e collegato tra il piedino enable e il +5V e serve ad abilitare il funzionamento del 297 in pratica il segnale enable é collegato anche al connettore per flat cable solo per compatibilita con le mie schede di controllo che gestiscono l'enable con un segnale ritardato rispetto all'accensione della sezione logica, e possibile quindi utilizzando un ponticello abilitare manualmente il 297, e da far notare che questo controllo (enable) e usato solo in casi particolari su apparecchi che devono controllare tramite segnale esterno l'attivazzione del driver, alcuni software permettono di gestire tramite un segnale su un pin della porta parallela l'attivazione dei motori , questo modo di procedere e completamente errato in quanto alcuni pc al momento dell'accensione inizzializzano la porta parallela con segnali spesso casuali , cosa che puo comportare l'attivazzione dei driver , il mio consiglio e di lasciare sempre attivo il segnale di enable e accendere le schede di controllo solo dopo che il pc con i suoi software o sistema operativo sono avviati , volendo al posto del ponticello a innesto su a strip io metterei direttamente un ponticello fisso, tanto come ripeto il segnale enable e pressoché inutile per i nostri scopi.

2) Quasi stesso discorso di sopra per la resistenza R11 necessaria solo se si vuole controllare esternamente il segnale di "control " il pin CONTROL determina come il 297 agisce sulle linee "ABCD" oppure anche sulle linee "inhibit" (linee INH1 e INH2) , la sola differenza utilizzando come ponti H di potenza il 298 é che in modalita controllo tramite le linee ABCD le resitenze di sense riscaldano meno, Quindi mettete il segnale a +5 volts ponticellando al posto di R11 e dimenticatevi della sua esistenza .

3) Resitenze di sense , se trovate delle resitenze a film metallico é meglio , ma dalle prove fatte non cambia niente se usate delle resitenze a filo , sui dataset e riportato di usare resistenze antinduttive ma sicuramente le resitenze a filo attualmente costruite hanno cosi poche spire ( 2 - 3 al max) che non influenzano il rendimento del circuito.

4) Il condensatore sulla linea di alimentazione motori, deve essere necessariamente come tensione lavoro almeno il doppio del voltaggio di alimentazione motori , quindi sé alimentate i motori con 30 volts dovrete usare condensatori elettrolitici da 65volts.

5) I diodi di ricircolo sullo schema sono solo dei BYV 27-200 capaci di gestire correnti continue fino a 2 Amper, se volete arrivare a 2, 5 Amper e consigliabile usare dei BYV 28-200 che costano il doppio ognuno , quindi fate voi i conti su cosa vi conviene, anche dei BYW 28-200 potrebbero essere validi ma sono troppo ingombranti e sicuramente non é il caso di usarli, c'e da dire che io personalmente ho usato i byv27 anche con correnti piu alte di 2,5 Amper per fase, e a parte il fatto che scaldano un po di piu non e mai successo niente, eventualmente per sicurezza basta ventilare adeguatamente con una ventola messa in posizione strategica in modo che l'aria passi anche sotto la scheda facendo cosi raffreddare le piste su cui dissipano i diodi stessi.

6) Ponticello strip per selezionare half /full step , mi sembra chiaro che serve a selezionare il passo intero e il mezzo passo.

7) Condensatore di filtro sulla linea di alimentazione , deve essere di tipo ceramico! oppure ceramico multistrato o meglio in polipropilene metallizato "non poliestere!" e reggere almeno il doppio della tensione di alimentazione.

La regolazzione della corrente avviene agendo tramite il trimmer di tipo multigiri , la tensione sul piedino vref cosi varia da -0,2 volts a circa 3 volts tenete conto che ho dimenticato di mettere un pad di test sulla linea di ingresso vref del 297 , per cui dopo aver realizzato il pcb , conviene fare un foro sulla pista che porta il segnale dal trimmer verso il 297, e saldare uno pezzetto di filo sfoderato sul lato superiore del pcb, in modo da poter collegare il tester , che servirà a misurare la tensione di vref.

Considerate che la corrente erogata dal 298 e limitata solo dalla resistenza delle fasi motore, e dalla induttanza stessa delle fasi , per cui a parita di vref potreste ritrovarvi un assorbimento diverso da motore a motore, per cui a ben poco servono i valori indicati sui dataset relativi alla relazione vref > corrente erogata, quindi la regolazione della corrente deve essere fatta partendo da valore 0 di vref e aumentando fino a che il motore dopo un tempo di circa 20 minuti di alimentazzione e funzionamento a passo intero e "senza rotazzione" resti a temperatura di circa 50 -60 gradi, questo e il solo sistema valido per capire se il motore e alimentato giusto come corrente a parita di voltaggio di alimentazione.

Per quanto riguarda come eseguire i collegamenti sia alla porta parallela che ai motori stessi ....