SDA371AE – Acionador de motor de passo (MEC318)

Escrito por Newton C Braga

Neste artigo, focalizamos o Circuito Integrado SDA371AE da SID Microeletrônica que consiste num acionado de motor de passo capaz de acionar e controlar uma fase de um motor do tipo bipolar com controle tipo “Chopper” da corrente de fase. Fornecido em encapsulamento tipo DIP de potência, ele fornece correntes de saída de até 1 A com tensões de alimentação do motor na faixa de 10 V a 46 V.

O artigo é de 1994, mas o componente usado ainda pode ser encontrado e usado em aplicações mecatrônicas.

Este circuito integrado destina-se ao controle de motores de passo bipolar com aplicações principais na informática, robótica e sistemas de automação. Fabricado pela SID Microeletrônica, ele tem uma corrente de saída que pode ser selecionada em três níveis, por meio de duas entradas lógicas que têm acesso a um dos três comparadores. Quando ambas as entradas estão no nível alto, o dispositivo é desabilitado. Um sinal lógico de entrada separada controla o sentido da corrente. Temos também um monoestável, programado por um RC externo que permite o ajuste da duração do pulso de corrente.

O setor de potência deste integrado consiste em um acionador do tipo ponte-H (figura 1) com quatro diodos de “clam” (diodos de proteção) para recirculação de corrente.

 

Ponte H para acionamento de motor.
Ponte H para acionamento de motor.

 

 

Temos ainda uma conexão externa com os emissores inferiores para a inserção de um resistor de medida.

Para acionamento completo de um motor de passo são necessários dois

SDA3717AE e poucos componentes externos, conforme daremos em exemplo de aplicação. A faixa de temperaturas para operação indicada pelo fabricante é de O a 70 ºC.

Na figura 2 temos o encapsulamento e a respectiva pinagem deste circuito integrado.

 

Pinagem do SDA3717AE.
Pinagem do SDA3717AE.

 

O circuito equivalente interno é mostrado na figura 3.

 

Diagrama em blocos
Diagrama em blocos

 

A seguinte tabela da verdade (tabela 1) mostra o funcionamento do circuito integrado em função dos sinais de comando na entrada O e entrada 1 correspondentes aos pinos 9 e 7 respectivamente. As especificações máximas são dadas na tabela 2.

 

Tabela 1 – Tabela da Verdade

entrada 0 (terminal 9) Entrada (terminal 7)  
H H Sem corrente
L H Baixa corrente
H L Media corrente
L L Alta corrente

 

Tabela 2 – Especificações máximas

Símbolo Parâmetros MIN MÁX UNID
Vs Tensão de alimentação de potência (pinos 14,3) - 50 V
Vss Tensão de alimentação lógica (pino 6) - 7 V
Vj Tensão lógica de entrada (pinos 7, 8 e 9) - 6 V
Vr Tensão de entrada de referência (pino 11) - 15 V
Vc Entreada do comparador (pino 10) - - Vss
Io Corrente de saída (operação C. C.) - 1,2 A
T Temperatura pra armazenamento -55 150 °C
Tj Temperatura de operação de junção - 150 °C

 

 

FUNÇÓES DOS TERMINAIS

Pino 1 - Saída B - Esta é a conexão de saída (com o pino 15).

O estágio de saída consiste numa ponte H com 4 transistores e 4 diodos clamp, com características apropriadas para as aplicações em comutação.

Pino 2 - Duração do pulso – Neste pino temos a ligação da malha RC externa que ajusta o tempo de desacionamento para dois dos transistores de potência inferiores.

Pino 3 - Tensão de alimentação B pino corresponde à entrada de tensão de alimentação para metade da etapa de saída (veja também o pino 14).

Pino 4 - GND – É conexão ao terra. Com os pinos 5,12 e 13 também serve para a condução de calor do die para o cobre do circuito impresso.

Pino 5 - GND - Veja a função do pino 4.

Pino 6 - Tensão de alimentação lógica - Neste pino é feita e alimentação para o circuito lógico.

Pino 7 - Entrada 1 – Juntamente com o pino 9 (entrada 0) temos acesso aos três comparadores internos que permitem a seleção do nível de corrente de saída. Esta corrente também depende do resistor sensor da tensão de referência conforme tabela da verdade,

Pino 8 – Fase – Nesta entrada lógica TTL é determinado o sentido da corrente através da carga. Com um nível alto, temos a circulação da corrente de saída, entre a saída A (fonte) e a saída B (dreno). Um Schmitt Trigger nesta entrada proporciona boa imunidade ao ruído e um circuito de atraso previne o curto-circuito na etapa de saída durante o chaveamento.

Pino 9 – Entrada 0 – Veja a entrada 1 (pino 7)

Pino 10 – Entrada do comparador – Esta entrada está conectada a três comparadores. A queda de tensão no resistor sensor é realimentada nesta entrada via um filtro passa baixas (Rc Cc). O transistor de potência inferior é desabilitado quando a tensão de medida exceder a tensão de referência do comparador relacionado. Quando isso ocorre, a corrente diminui por um tempo relacionado por RT CT.

Toff = 0,69 x RT x CT

Pino 11 – Referência – Neste pino é aplicada a tensão DE REFERÊNCIA DOS TRÊS COMPARADORES. Esta tensão determina a corrente de saída, que também depende de Rs e das entradas 0 e 1.

Pino 12 – GND – Veja o pino 4

Pino 13 – GND – Veja o pino 4

Pino 14 – Tensão de alimentação A – neste pino é aplicada a tensão para metade da etapa de saída (Veja o pino 3).

Pino 15 – Saída A – Veja a função do pino 1.

Pino 16 – Resistor sensor – Este pino tem conexão com os emissores inferiores da etapa de saída, para inserção do resistor sensor de corrente.

 

APLICAÇÕES

Na figura 4 temos um circuito para teste e aplicação. As formas de onda com regulagem do tipo MA (Fase = 0) são mostradas na figura 5.

 

Circuito para teste e aplicação.
Circuito para teste e aplicação.

 

 

Formas de onda com regulagem tipo MA (Fase = 0)
Formas de onda com regulagem tipo MA (Fase = 0)

 

 

 

Para um controle de motor de passo de duas fases são usados dois circuitos integrados, conforme mostra a figura 6. O funcionamento e utilização deste circuito são explicados a seguir:

 

Motor de passo de duas fases bipolares.
Motor de passo de duas fases bipolares.

 

 

a) programação:

As entradas lógicas I1 e I0 colocam em três níveis diferentes a intensidade de corrente que flui no enrolamento do motor de passo, de acordo com a tabela da verdade. Um nível alto na entrada lógica FASE seleciona o sentido da corrente de saída de A para B.

Com o nível baixo, o sentido da corrente será de B para A.

Recomenda-se a ligação dos pinos não usados ao pino 6 (Vss), ou ao pino 4 (GND), de modo a se evitar problemas de ruído.

Os níveis de corrente podem ser variados continuamente alterando-se a tensão de referência no pino 11.

 

b) Controle do motor:

O motor de passo pode girar nos dois sentidos de acordo com a sequência dos níveis de entrada. É possível obter operação em passo completo, meio passo e um quarto de passo.

Na figura 7 tem formas de onda para duas modalidades de operação.

 

 - Formas de ondas para modo meio passo e passo completo.
- Formas de ondas para modo meio passo e passo completo.

 

 

Operação em passo completo: ambos os enrolamentos do motor são energizados o tempo todo com a mesma corrente IMA = IMB; I0 e I1, permanecem fixos, qualquer que seja o valor do torque requerido.

Chamando de A, a condição do enrolamento A energizado em um sentido e A no sentido oposto, a sequência para rotação de passo completo é:

AB → AB → AB → AB etc.

Para rotação no sentido oposto, a sequência deve ser invertida.

No modo de operação de passo completo o torque é constante em cada passo.

Operação em meio passo: uma potência é aplicada alternadamente a um enrolamento a ambos conforme a sequência:

AB→ B→ AB→ A→ AB→ B→ AB → A etc.

Como no passo completo, isto pode ser feito em qualquer nível de corrente. O torque não é constante, mas é menor quando apenas um enrolamento é desligado colocando simultaneamente I0 e I1 no nível alto.

 

 

 

Operação em quarto de passo: é preferível realizar a operação em quarto de passo com potência total, porque de outro modo, os passos serão muito irregulares quanto ao tamanho.

Os quartos de passo extras são adicionados à sequência de meio passo colocando-se um enrolamento em meia corrente, de acordo com a sequência:

AB → AB → B → AB → AB → AB → A etc.

             2                2                  2

 

Seleção do motor

Como o SDA371AE proporciona uma corrente de acionamento constante, com operação de comutação, deve ser tomado cuidado para selecionar motores de passo com baixas perdas histeréticas para prevenir sobre aquecimento do motor.

 

INSTRUÇÕES DE MONTAGEM

A Rthj-amb do SDA371AE pode ser reduzida através da soldagem dos pinos GND em um dissipador externo de calor.

Na figura 8 temos a maneira sugerida pelo fabricante de fazer a montagem deste componente em uma placa, aproveitando a área cobreada para dreno de calor.

 

Áreas de cobre utilizada como dissipador de calor.
Áreas de cobre utilizada como dissipador de calor.

 

 

Na figura 9 (acima) temos um gráfico que mostra a máxima potência dissipável (Ptot) e a Rhtj-amb em função do lado “L” de dois quadrados de áreas iguais de cobre com espessura de 35µ (conforme a figura 8).

 

 Máxima potência dissipável e resistência térmica entre a junção e ambiente x comprimento L.
Máxima potência dissipável e resistência térmica entre a junção e ambiente x comprimento L.

 

 

O dreno de calor externo ou a área de cobre do circuito impresso deve ser conectado ao fio terra.