Controle de Motor de Passo com o IC3717 (MEC177)

Detalhes: Escrito por: Newton C. Braga

Na sua linha de circuitos integrados dedicados, a Itaucom tem por destaque o IC3717, um controlepara motor de passo cuja principal aplicação está na informática, tanto no controle de cabeças impressoras como em outros dispositivos que devam ser controlados a partir de fontes não estabilizadas, microprocessadores ou circuitos TTL-LS. Neste artigo, focalizamos as principais características deste CI com circuito aplicativo dado pela própria ltaucom.

Obs. Este artigo é de 1989 quando a Itaucom estava montando uma indústria de semicondutores em nosso país, projeto que infelizmente não teve sucesso. O IC3717, na verdade é totalmente equivalente ao µC3717A da Texas Instruments que ainda pode ser encontrado no mercado, o que torna totalmente viável projetos com este componente e bastante atual este artigo.

A frequente utilização dos motores de passo no acionamento de cabeças gravadoras para discos rígidos ou disquetes, em robótica e outras aplicações que envolvem a lógica TTL, como microprocessadores, torna necessário o desenvolvimento de circuitos dedicados para esta aplicação.

Na sua linha de componentes, a ltaucom destaca como elemento de controIe para motores de passo o IC3717.

Este integrado (monolítico, bipolar) é projetado para controlar e fornecer corrente a um enrolamento de motor bipolar de passo.

As suas entradas são compatíveis com os níveis TTL-LS e, internamente, ele possui um sensor de corrente, um circuito monoestável e um estágio de saída com diodos de proteção internos.

Utilizando apenas dois ICS717 e poucos componentes externos pode-se facilmente implementar uma unidade controladora de motor de passo.

Na figura 1 temos a pinagem deste integrado.

Figura 1 – Pinagem do IC3717

O diagrama interno equivalente é mostrado na figura 2.

Figura 2 – Circuito interno equivalente

As principais características, destacadas pelo fabricante, são:

Operação em modo meio-passo e passo-completo

Possui diodos de proteção interna

Larga faixa de corrente de controle: entre 5 e 1000 mA

Operação com uma larga faixa de tensão: 10 a 45 V

Níveis de corrente selecionados em passos ou variados continuamente

Proteção contra sobrecarga térmica

Projetado para acionar um motor de passo com fonte de tensão não estabilizada.

Funcionalmente, o circuito foi projetado para realizar o controle de uma corrente bipolar constante através do enrolamento de um motor de passo.

A corrente constante é obtida a partir de regulação por modo chaveado.

Duas entradas lógicas, l0 e l1, selecionam um, entre três níveis de corrente, podendo também cortar completamente a corrente de alimentação.

Analisemos o funcionamento deste integrado para podermos dar um interessante aplicativo.

ENTRADAS LÓGICAS

Se qualquer das entradas lógicas for deixada em aberto, o circuito as interpretará como estando em nível alto (HI).

A entrada FASE determina a direção do fluxo de corrente no enrolamento, dependendo das conexões do motor.

O sinal é aplicado a um Schmitt-trigger para garantir a imunidade a ruídos e, através de um circuito de retardo, prevenir possíveis curto-circuitos que poderiam ocorrer durante a mudança de fase, quando o sinal é levado aos estágios de saída.

As entradas I0 e I1 selecionam o nível de corrente no enrolamento do motor.

Os valores dos diferentes níveis de corrente são determinados pela tensão de referencia VR, juntamente com o valor do resistor sensor RS.

A tabela mostra os níveis de corrente em função do sinal de entrada.

SENSOR DE CORRENTE

O sensor de corrente é composto por um resistor sensor (RS), um filtro passa-baixas (Rc, Cc) e três comparadores.

A escolha do nível de corrente desejado é feita através das entradas I0 e I1, que atuam sobre o comparador correspondente.

A corrente no motor flui através do resistor Rs. Quando a corrente aumenta, até que a tensão em Rs supere a tensão de referência na outra entrada do comparador ocorre a mudança de nível na sua saída.

A tensão passa para o nível alto, disparando o gerador de pulsos, que tem por finalidade manter sua saída em nível alto durante um intervalo de tempo fixo (Toff), o que corta a alimentação do motor e provoca uma diminuição da corrente durante o mesmo tempo.

GERADOR DE PULSO ÚNICO

Trata-se de um monoestável sensível à borda de subida do sinal de saída do comparador.

A saída deste monoestável permanece em nível alto durante o tempo de duração do pulso Toff o qual é determinado pelos valores dos componentes externos RT e CT, onde TOFF = 0,69 RT CT.

Este pulso corta a alimentação do enrolamento do motor, provocando um decréscimo na corrente durante o tempo off.

Na figura 3 temos os elementos externos a que nos referimos nestas explicações.

Figura 3 – Componentes externos

ESTÁGIO DE SAÍDA

Na saída deste integrado encontramos quatro transistores Darlington e quatro diodos conectados em ponte H.

Os dois transistores inferiores são usados para chavear a alimentação fornecida ao enrolamento do motor, mantendo, com isso, a corrente em um valor médio constante.

Estes transistores são dimensionados de modo a admitirem a corrente máxima do motor de passo, não sendo necessário nenhum componente externo adicional para esta finalidade.

CONTROLE ANALÓGICO

Os níveis de corrente podem ser alterados continuamente através da variação da tensão de referência Vs, ou da tensão no terminal do comparador.

Na figura 4 temos um gráfico que demonstra como isso pode ser feito.

Figura 4 – Controle analógico

PROTEÇAO CONTRA SOBRECARGA

Existe no circuito um sensor térmico de desligamento que limita a temperatura da junção.

Quando a corrente de saída superar um valor tal, fazendo com que determinado nível de temperatura da junção seja atingido, ocorre o desligamento.

Deve ser observado, entretanto, que as saídas não podem ser curto-circuitadas.

Vcc, VMM

Este, circuito, aceita qualquer seqüência de ativação ou desativação de VCC e VMM.

Assume-se valores normais de dv/dt.

APLICAÇÃO PRÁTICA

Na figura 5 temos o modo de se fazer a instalação de tipos diferentes de radiadores de calor, com o dimensionamento apropriado.

Figura 5 – Colocando radiadores de calor

A escolha do motor de passo também deve obedecer cuidados especiais, já que alguns tipos não são projetados para operação contínua com máxima corrente.

Como o circuito fornece uma corrente constante através do motor, sua temperatura pode aumentar excessivamente, quer opere em baixa ou em alta velocidade.

Existem tipos de motores de passo que apresentam uma acentuada perda no núcleo, tornando-se impróprios para a operação com regulação de corrente no modo chaveada.

Estes motores não devem ser usados com este integrado,

Para se conseguir uma alta imunidade a ruídos, as entradas não utilizadas devem ser conectadas à níveis de tensão apropriados.

Como o circuito opera com regulação de corrente no modo chaveado, podem ocorrer problemas de geração de interferências em algumas aplicações.

Para evitar esses problemas, pode-se desacoplar o circuito com um capacitor cerâmico de 15nF instalado o mais próximo possível do integrado, entre VMM e terra.

A linha de terra entre Rs, CC e o circuito de terra deve ser tão curta quanto possível.

Isso também se aplica à linha entre o resistor sensor Rs e o ponto S do diagrama da figura 3.

Na figura 6 temos um diagrama para controle de motor de passo de cabeça de impressora Serial.

Figura 6 – Controle de impressora

O comportamento do circuito é dado nos gráficos que se encontram junto ao mesmo diagrama.

Para este circuito temos uma corrente média de 250 mA com o motor em acionamento a meio-passo e uma corrente de 500 mA com o acionamento em passo-completo.