MP6500

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Présentation

Le MP6500 de la société MPS est capable de contrôler un moteur pas-à-pas bipolaire en pas complet et en micro-stepping.

MP6500-00a.jpg

Le brochage et l'interface sont presque identique au populaire A4988, le MP6500 peut être utilisé comme remplacement du A4988 pour de nombreuses applications. Avec le MP6500 il y a un support micro-stepping jusqu'au 1/8 de pas et il est capable de supporter une tension moteur de 4.5 V à 35 V avec un courant constant de ~1.5 A par phase (2.5 A en pointe).

La carte est équipée d'un limiteur de courant que peut être réglé à l'aide du potentiomètre présent sur la carte.

Micro-stepping? Kaseko?!?!

Le micro-stepping permet de diviser un pas en plusieurs micro-pas... offrant une plus grande granularité pour effectuer une révolution d'axe.

Sans micro-stepping un moteur 200 a uniquement besoin de 200 pas (impulsions sur STEP) pour faire une révolution complète de l'axe. Soit 1.8° par pas.

Avec un micro-stepping 1/8 pas, les bobines du moteur sont contrôlées de tel sorte qu'il faudra alors 200*8 = 1600 pas (soit 1600 impulsions sur STEP) pour effectuer une révolution complète de l'axe. Soit 0.225° par pas.

A propos du limiteur de courant

Le contrôleur moteur MP6500 dispose d'un limiteur de courant. Ce dispositif contrôle activement le courant envoyé vers les bobines et empêche celui-ci de dépasser une consigne fixée à l'aide du potentiomètre.

Sans limiteur de courant, le courant traversant une bobine dépend de la tension qui y est appliqué. Sur une bobine avec une impédance de 30 Ohms et tension max 9V et courant max 0.300mA (cette mention est importante). La règle U = R x I permet de vérifier que la tension max = 30 Ohms * 0.300mA = 9V.

En première approximation, la puissance dissipée est P=R*I^2 (proportionnel au carré du courant). Soit 30x0.300^2 = 2.7 Watt. Cette puissance dissipé, c'est ce qui provoque l'échauffement et grille/brûle les bobines si elle devient trop importante.

C'est cette dissipation de puissance qui empêche d'augmenter la tension.

A titre d'exemple, si la tension est augmentée à 12V, le courant dans les bobines passe à 12V / 30 Ohms = 0.4 A (soit 400mA). Avec 400mA, la puissance dissipée passe à P=R*i^2 = 30 * 0.4^2 = 4.8 Watt, ce qui provoquera un échauffement excessif (et à terme la défaillance du moteur).

Avec limiteur de courant, le courant traversant la bobine sera activement contrôlé pour ne pas dépasser la consigne fixée. Cela importe peu si l'on alimente le moteur en 9V comme recommandé. Par contre, alimenté en 12V, le courant reste activement limité à 150mA et comme la tension est plus élevée, le champs magnétique dans le moteur sera plus important, ce qui rend ce dernier plus réactif. Grâce à un limiteur de courant, il est possible de travailler en surtension sans griller le moteur, ce qui permet d'atteindre des vitesses de rotation plus élevées.

Détails techniques

  • Interface de commande super simple. Utilise une broche STEP et une broche DIRECTION (sens de rotation)
  • 4 résolutions de pas:
    • Pas simple (full-step),
    • Demi-pas (half-step),
    • 1/4 de pas (1/4-step),
    • 1/8 de pas (1/8-step)
  • Limiteur de courant
  • Deux contrôles de limitation de courant disponible:
    • La présente version contient un contrôle de courant par potentiomètre — le potentiomètre présent sur la carte permet de limiter le courant à 2.5 A
    • Il existe également une version de ce breakout avec un Contrôle Digital du Courant (disponible sur demande) — cette autre version permet au microcontrôleur d'ajuster dynamiquement la limite du courant (jusqu'à 2 A)
  • Un senseur de courant interne permettant au contrôleur d'ajuster automatique la mode décroissance de sortie à fournir une onde de courant lissée.
  • Tension moteur de 4.5 V à 35 V
  • Soutient un continuellement un courant de 1.5 A par phase (sans refroidissement supplémentaire)
  • Courant de pointe de 2.5 A
  • Régulateur de tension intégré (pas besoin d'un tension séparée pour la logique de contrôle)
  • Compatible systèmes 3.3 V et 5 V.
  • Protection:
    • arrêt lors de surchauffe,
    • arrêt lors de sur-courant,
    • protection contre court-circuit,
    • blocage lors de sous-tension
  • Carte constitué de 4 couches permettant d'améliorer la dissipation de chaleur
  • Pastille de masse (soudable) exposée sous le circuit intégré du contrôleur.
  • Fiche technique du MP6500 (pdf, 1 Mb)

Raccordements

MP6500-wiring.png

Minimal wiring diagram for connecting a microcontroller to an MP6500 Stepper Motor Driver Carrier, Potentiometer Current Control (full-step mode).

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Montage alternatif:

MP6500-wiring-02.png

Schéma de raccordement anternatif du contrôleur de moteur pas-à-pas MP6500 (en pas complet).

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Alimentation

Le moteur requière une alimentation moteur entre 4.5 V et 35 V, alimentation devant être connectée entre VMOT et GND. Cette alimentation doit disposer de capacités de découplage appropriée près de la carte et doit, bien entendu, être capable de délivrer le courant nécessaire au moteurs.

Le pilote dispose d'un régulateur de tension interne, il ne requière donc pas d'alimentation séparée pour la logique.

Connexions moteur

Les moteurs pas-à-pas à 4, 6 ou 8 fils peuvent être pilotés à l'aide d'un MP6500 (s'il est correctement connecté); Voyez les FAQ (Pololu, anglais) expliquent comment réaliser de tels raccordements.

Vitesse et Micro-stepping

MS1 MS2 Résolution Microstep
bas bas Full step (Pas complet)
haut bas Half-step (Demi pas, 1/2)
bas haut Quarter-step (Quart de pas, 1/4)
high high Heighth-step (huitième de pas, 1/8)

Entrées de contrôle

Chaque impulsion sur l'entrée STEP correspond à un microstep (micro-pas) d'un moteur pas-à-pas dans la direction sélectionnée par la broche DIR. Ces entrées utilisent des résistance pull-down interne de 500 kΩ pour maintenir le signal au niveau bas. Si vous avez uniquement besoin de faire tourner le moteur dans un seul sens alors vous pouvez laisser la broche DIR déconnectée.

La puce propose deux entrée différentes pour contrôler l'état d'alimentation: SLEEP et ENBL. Voyez la fiche technique du MP6500 pour plus de détail sur ces états. Le contrôleur maintient ces broches à l'état bas à l'aide de résistance pull-down interne de 500 kΩ. L'état par défaut de SLEEP empêche le pilote d'opérer; Cette broche doit être placée au niveau haut pour activer le pilote (la broche peut être connectée directement sur un niveau logique "haut" entre 2.5 et 5 V, ou il peut être dynamiquement contrôlé par un microcontrôleur. L'état par défaut de la broche ENBL pour activer le pilote, en conséquence, cette broche peut être laissée déconnectée.

MP6500-02.png

Schéma des broches nSLEEP et nFAULT sur le pilote MP6500.

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Le MP6500 dispose d'une sortie FAULT en drain ouvert qui est placé à la masse lorsque les FETs du pont-H sont désactivés suite à l'activation de la protection sur-courant, protection sur-tension, protection thermique et blocage de sous-tension. Le contrôleur connecte cette broche sur la broche SLEEP par l'intermédiaire d'une résistance de 10 kΩ qui agit comme une résistance pull-up pour FAULT lorsqu'un niveau haut est appliqué/maintenu sur SLEEP. Pour rappel, il faut placer la broche SLEEP au niveau haut pour faire fonctionner le contrôleur. Il n'est donc pas nécessaire d'appliquer une pull-up externe sur FAULT pour pouvoir lire l'état de la broche FAULT. A noter que la carte embarque également une résistance de protection de 1.5 kΩ e, seéire sur la broche FAULT, il est donc possible de connecter directement la broche sur la tension logique (la carte est donc pin-compatible avec le A4988 carrier ). Avec une telle astuce, le MP6500 peut directement remplacer le A4988 (qui dispose d'une pull-up sur sa broche SLEEP).

Limitation du courant

Vidéo de Pololu (Youtube, anglais) concernant la limitation de courant.

Pour pouvoir atteindre un haut débit de pas, l'alimentation moteur est généralement utilisée en surtension que ce qui serait permis sans limitation de courant. Par exemple, un moteur pas-à-pas type supportera 1A avec une bobine ayant une résistance de 5 Ω, ce qui implique que la tension d'alimentation moteur est de maximum 5V. Utiliser un tel moteur sous 9V permettrait d'atteindre une réactivité plus importante (puisque le champs magnétique est plus important) et donc une vitesse plus importante à condition de limiter activement le courant à 1A (sinon le moteur surchauffera et sera endommagé. En effet, le courant passe naturellement a 9v/5Ω = 1.8A).

Le MP6500 supporte une telle limitation active du courant et le potentiomètre sur la carte peut être utilisé pour fixer cette limitation de courant:

MP6500-03.png

Limitation de courant en fonction de la position du potentiomètre sur le contrôleur MP6500.

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De manière générale, le limiteur de courant du pilote moteur est configuré sous la limite de courant du moteur. Pour configurer le limiteur de courant, le pilote moteur est passé en mode full-step (pas complet) et le courant est mesuré dans une des bobines du moteur sans appliquer de signal sur la broche STEP. Le courant mesuré sera de 0.7 fois le courant limite (puisque les deux bobines sont toujours alimentées et limitées a approximativement 70% du courant limite lorsque configuré en mode full-step).

Une autre approche consiste à mesurer la tension VREF et calculer le courant limite correspondant. La tension VREF est accessible sur le via entouré d'un cercle (sur le dessous de la carte). La relation entre le courant limite et VREF est la suivante:

MP6500-04.png

Formule permettant de calculer le courant du limiteur.

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Donc, le courant limite (en Ampère) est égale à 3.5 fois la tension VREF (en Volts). Si moteur est prévu pour supporter un courant de 1 A alors vous pouvez configurer le courant limite en fixant la valeur de VREF à 0.28V (car 0.28x3.5=0.98A). Dans la pratique, le courant limite est fixé à environ 10% (parfois 15%) en dessous de ce qu'indique l'équation et le graphe.

Les broches I1 et I2 ne sont pas utilisés dans cette version du pilote moteur MP6500 et les signaux appliqués sur ces broches n'aurons aucun effet sur le fonctionnement du pilote.

Dissipation de puissance

La puce MP6500 sur le contrôleur est prévu pour un courant de 2.5 A par bobine mais le courant qu'il est vraiment capable de contrôler dépend surtout de votre capacité à refroidir le circuit intégré. La carte est conçue pour extraire un maximum de chaleur du circuit intégré mais il sera cependant nécessaire d'utiliser des refroidisseurs ou autre refroidissement actif dès que le courant dépassera 1.5A par bobine.

Notez que la mesure du courant sur l'alimentation ne fournit pas une mesure représentative du courant dans les bobines du mouteur. Etant donné que la tension d'entrée du pilote peut être significativement plus haut que la tension de la bobine, la mesure du courant sur l'alimentation peut être un peu inférieure à celui traversant une bobine (le pilote agit "en gros" comme convertisseur step-down qui réduit la tension, ce qui permet d'avoir un courant plus élevé). De même, si vous fournissez une tension d'alimentation beaucoup plus élevée que la tension requise par le moteur alors le cycle utile appliqué sera faible afin de maintenir le courant en dessous du maximum. Cela induit une différence significative entre le courant moyen et le courant RMS. Il est également important de noter que le courant maximum est également fonction du courant maximum mais pas forcement égal au courant limite configuré sur la carte étant donné que la valeur du courant change dans chaque bobine a chaque différent pas.

Schéma

MP6500-10.png

Schematic diagram for the MP6500 Stepper Motor Driver Carrier.

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A voir aussi


Documentation réalisée par Meurisse. D pour MCHobby.be. En partie basé sur les informations disponible sur le site de Pololu

Traduit avec l'autorisation de Pololu - Translated with the permission from Pololu - www.pololu.com

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