A tekercsek igen érdekes alkatrészek... Váltakozó áram alatt meg főleg.
Márpedig a léptetgetés során igen gyakran változik a tekercsekben az áram.

Valamikor általános iskolában, egy fizika órán hallottam az alábbi mondatot:

„Feszültség alá helyezett tekercsben az áram késik...”

Nem is gondoltam, hogy e rövid, de tömör mondat mennyire meg fogja pár év múlva keseríteni az életemet.

Mivel a tekercs által létrehozott mágneses mező erőssége (ami majd a motor nyomatékát fogja megadni) egyenesen arányos a tekercsben folyó áram erősségével, ezért a mező is késve fog erőt kifejteni a forgórészre.

Gondolkodjunk csak egy kicsit egyelőre unipoláris vezérléssel:

Gerjesztem az első tekercset.

Kikapcsolom.

Gerjesztem a másodikat.

Szalad fel az áramerősség a maximális értékre -> kiépül a mágneses mező -> elfordul a forgórész.

De mi történik, ha még a mező teljes kialakulása előtt kapja a következő impulzust?
A tekercs kisebb nyomatékot fejt ki a forgórészre. Ez eleinte ez a motor nyomatékának fokozatos esését fogja okozni, egy bizonyos ponton túl pedig lépésvesztéshez vezet.

Nézzük kicsit tudományosabb oldaláról a problémát:

A jó öreg négyjegyű függvénytáblában természetesen erre a jelenségre is találunk képletet, amiből elkezdhetünk okoskodni:

L induktivitású, R ellenállású tekercsben az áram időfüggvénye.:

I_be = (U_max/R )*(1-e^(R/l)*t)

„Sima” fogyasztó esetén az áramerősség I = U/R.

Ez a képlet első tényezője.
Tehát a maximális áramerősség akkor folyik, ha a képlet második tényezője 1.

Azaz e^(R/l*t)  legkisebb értéket veszi fel. Az e szám egy irracionális szám, értéke ~2,718281828. Negatív hatványról lévén szó, ez akkor következik be, ha a kitevő abszolútértéke a legnagyobb. Tehát törekszünk az R/L*t legnagyobb értékére. Mint láthatjuk, itt semmivel sem tudunk mit kezdeni, induktivitás, ellenállás, idő mind adott.

Térjünk vissza az első tényezőre: U_max/R

Tehát minél nagyobb a tekercsre kapcsolt feszültség, annál gyorsabban szalad fel az áram.

Kapcsoljunk tehát a tekercsekre nagyobb feszültséget. Igen ám, de a tekercsek nem viselnek el a gyárilag előírtnál nagyobb áramot, tartósan. A megadottnál nagyobb feszültséggel való hajtás a motor „megfőzéséhez” vezet.

Itt jön képbe a PWM. A tekercsre nagyobb feszültséget kapcsolok, ezáltal a mező kialakulása felgyorsul. Mihelyst elértem a megfelelő áramértéket lekapcsolom a feszültséget. A tekercsen átfolyó áram erőssége most csökkenni fog. Ekkor újra bekapcsolom.
És így tovább...

Eddig kétféle elvű megoldást ismertem meg a problémára:

A megoldás (Topi féle):

Mérem a léptetési jelek közti időket. Ezekből a rendelkezésre álló tápfeszültség ismeretében kikalkuláljuk a megfelelő kitöltési tényezőt.  Hátránya, hogy mikrovezérlőt igényel.
De ha már mikrovezérlőt alkalmazunk, akkor már be tudunk ágyazni egyéb, extra funkciókat:

• túlhajtás elleni védelem (nem hajtjuk a motort sokáig 100%-os kitöltési tényezővel)
• különböző hajtási módok választása

B megoldás:

A kapcsoló FET-ek SOURCE-ja és a GND közé teszünk egy igen kicsi ellenállású, megfelelő teljesítményű ellenállást. Az ellenálláson eső feszültség ismeretében az U=I*R összefüggésből könnyedén kiszámolhatjuk az átfolyó áram erősségét.

Az ellenállásnak két okból kell kicsinek lennie: egyrészt minél kevesebbet fűtsön, másrészt pedig ha túl nagy feszültség esik rajta, a GATE – SOURCE feszültség nem fogja teljesen kinyitni a FET-et.

Legyen példánkban értéke 0,1 Ω.
A léptetőmotorunk 1,2 A-t vesz fel, ideális esetben.
Tehát az ellenálláson 1,2 A *0,1 Ω = 0,12 V-nak kell esnie.

A megoldás előnye, hogy nem kell feltétlenül mikrovezérlőt igénybe venni, ugyanis a kapcsoló üzemű tápok vezérlői is hasonló elven működnek.

Erről a megoldásról szólok majd többet a kapcsolások ismertetésénél.