Schrittmotor & Ansteuerung

© August 2023, letzte Änderung am 19.12.23

Übersicht

Zur richtigen Interpretation der folgenden Tabelle, noch ein paar Kommentare.
Beim Strom habe ich zwei Angaben gemacht.

P ist die zulässige IC-Verlustleistung.
R ist der Innenwiderstand zweier FETs einer H-Brücke,
welche jeweils für eine Motorspule benötigt wird.
P = 2 x R x I12 = R x I22 →   I2 = √2 x I1

In der folgenden Tabelle sind die Widerstandswerte in mΩ
jeweils für den High-Side- und Low-Side-Driver getrennt aufgeführt.
Über die Widerstandwerte @ 25°C, kann man die IC Verlustleistung abschätzen.
Gerne werden diese Werte bei unrealistisch niedrigen Temperaturen angegeben,
da sie sich mit steigender Temperatur verschlechtern.
Somit sinkt der zulässige Strom bei höherer Betriebstemperatur.

Die Spannung bei einen best. Strom, ist die Durchflußspannung der
parasitären FET-Dioden des Ausgangstreibers einer H-Brücke.
Hierrüber fließt der Strom, wenn ein Ausgangs-FET,
von den vieren, gerade inaktiv ist und ein Motor-Magnetfeld
wieder abgebaut werden soll.
Diese parasitären Dioden, parallel zum Drain-Source eines jeden Leistungs-FETs ,
sind meist relativ schlecht, im Vergleich zu normalen Dioden.
Daher ist es besser, parallel Schottky-Dioden zu verbauen.
Glücklicherweise sind die FET'S relativ schnell geworden,
sodass die Dioden nur in der Zeit benötigt werden wo umgeschaltet wird.
Also weder der 'high side' noch der 'low side' FET aktiv ist.

Darüber hinaus würde ich LC-Glieder vor die Motorspulen setzen,
z.B. Funkentstördrossel 1 µH & 470 pF
vergleichbar mit einem class-D Verstärker.
Zum einen möchte ich keinen LW-Sender bauen
und zum anderen möchte ich den hochfrequenten Anteil,
wegen der resultierenden Motorverluste (Skin Effekt),
in den Motorspulen zu reduzieren.

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Schrittmotor-Treiber-Module

Bezeichnung
Preis 		Spg. Steps
Strom 		FET-Wid.
Source Sink 		Bemerkungen
URL
A4988 Allegro
1,99 druckershop PCB 		8…35 V
1,2   2 A 		320 + 320
1,2 V @ 1,5 A 		bis 1/16   3,3…5 V
Step Dir Res En Sleep M1…M3
A4989 Allegro
3,43 digikey IC 		12…50 V
- 		2xH-Bridge FET driver bis 1/16   3,3…5 V
Step Dir Res En Sleep M1 M2
LV8729V on Semi
6,13 ebay pcb 		9…32 V
-   1,8 A 		350 + 300
1,0 V @ 1,8 A 		bis 1/32   3,3…5 V
Step Dir Res En Sleep M1…M3
obsolete
MP6500 MPS
USD 6,95 pololu pcb 		4,5…35 V
-   2,5 A 		195 + 170
1,1 V @ 1,5 A 		bis 1/8   3,3…5 V
Step Dir Res En Sleep M1 M2
DRV8434S TI
12,95 pololu pcb 		4,5…48 V
1,8 A   2,5 A 		330 + 330
? 		bis 1/256   1,8…5 V
Step Dir En Sleep SPI
stall det.
DRV8452SPWPR TI
5,86 digikey IC 		4,5…48 V
2,8 A   4 A 		55 + 55
? 		bis 1/256   1,8…5 V
Step Dir En Sleep SPI
stall det.
DRV8711 TI
USD 24,95
pololu pcb 		8…52 V
- 		2x H-Bridge FET driver bis 1/256   1,8…5 V
Step Dir En Sleep Res SPI
stall det.
DRV8825 TI
2,20 Ama pcb 		8,2…45 V
-   2,5 A 		200 + 200
? 		bis 1/32   3,3…5 V
Step Dir Res En Sleep M0…M2
TB67S279FTG Toshiba
USD 10,75
pololu pcb 		10…47 V
1 A  2 A 		300 + 300
? 		bis 1/32   I/O 3,0…5 V
Step Dir En M0…M2 RES
TB67S128FTG Toshiba
USD 15,95
pololu pcb 		6,5…44 V
3 A  5 A 		125 + 125
? 		bis 1/128   I/O 3,0…5 V
Step Dir En M0…M2 RES
TMC2100 Trinamic
11 €
watterott 		4,75…46 V
2 A  2,5 A 		400 + 500
? 		I/O 3…5 V
Step Dir CF0…CF6
1…1/256
komp. mit A4988
TMC2130 Trinamic
fysetc pcb 		4,75…46 V
1,2 A  2,5 A 		400 + 500
? 		I/O 3…5 V
Step Dir En SDI SCK CS SDO
1/256 via SPI
TMC2209 Trinamic
6,99 3djake pcb 		4,75…29 V
2 A  2,8 A 		170 + 170
? 		bis 1/16   I/O 3,0…5 V
Step Dir En M1 M2 SPREAD
1/256 via UART
TMC2208 Trinamic
5,99 3djake pcb 		4,75…36 V
1,4 A  2 A 		280 + 290
? 		bis 1/16   3,0…5 V
Step Dir En M1 M2
1/256 via UART
TMC2225 Trinamic
5,15 fysetc.com 		4,75…36 V
1,4 A  2 A 		280 + 290
? 		bis 1/32   3,0…5 V
Step Dir En M1 M2
1/256 via UART
TMC5160 Trinamic
15,99 PCB
3djake pcb 		4,75…36 V
- 		2xH-bridge FET driver bis 1/32   3,0…5 V
Step Dir En M1 M2
1/256 via UART

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Pinbelegung einiger Schrittmotor-Treiber-Module

A4988

Bezeichnung Pin 500 mil Pin Bezeichnung
nENABLE 1 16 VMotor 8…35 V
MS1 2 15 Gnd
MS2 3 14 A
MS3 4 13 nA
nRESET 5 12 B
nSLEEP 6 11 nB
STEP 7 10 von ext. VDD 3,3…5 V
DIR 8 9 Gnd

DRV8825

Bezeichnung Pin 500 mil Pin Bezeichnung
nENABLE 1 16 VMotor 8…45 V
M0 2 15 Gnd
M1 3 14 B
M2 4 13 nB
nRESET 5 12 A
nSLEEP 6 11 nA
STEP 7 10 nFault OC out
DIR 8 9 Gnd

TCM2130

Bezeichnung Pin 500 mil Pin Bezeichnung
DIAG   b
INDEX   c
VREF   a
nENABLE 1 a b 16 VM 5…46 V
SDI 2 c 15 Gnd
SCK 3 14 B
CS 4 13 nB
SDO 5 12 A
NC 6 11 nA
STEP 7 10 VIO 3,3…5 V
DIR 8 9 Gnd

DIAG output high = stall detection
VREF um Strom einzustellen (default 1,2 V)
INDEX output Motor-Winkel-Zählerstand 0
Tx von der CPU via 1K an den IO-Pin 4 Tx/Rx 9600…500k
clk optional 10…16 MHz Clock, sonst Gnd

TCM2208, TCM2209 & TCM2225

Bezeichnung Pin 500 mil Pin Bezeichnung
DIAG   b all TMCxxxx
INDEX   c TMC2209 only
VREF   a all TMCxxxx
nENABLE 1 a b 16 VM 5…28…36 V
MS1 2 c 15 Gnd
MS2 3 14 B
PDN UART (Rx) 4 13 nB
PDN UART (Tx/NC) 5 12 A
clk 6 11 nA
STEP 7 10 VIO 3,3 oder 5 V
DIR 8 9 Gnd

DIAG output high = stall detection
VREF um Strom einzustellen (default 1,2 V)
INDEX output Motor-Winkel-Zählerstand 0
Tx von der CPU via 1K an den IO-Pin 4 Tx/Rx 9600…500k
clk optional 10…16 MHz Clock, sonst Gnd

DRV8434S

Bezeichnung Pin Pin Bezeichnung
nFAULT
nENABLE 1 a 16 VMOT
SDI 2 15 Gnd
SCLK 3 14 B
nSCS 4 13 nB
SDO 5 12 A
nSLEEP 6 11 nA
STEP 7 10 5 V out
DIR 8 9 Gnd

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Quellen

github.com   Simple Electronics with GPIO Zero.PDF
fysetc.com   FYSETC TMC5160 HV Stepper Step Stick SPI Silent Motor Driver High Power Upgraded 3D Printer Parts < 60V 3A RMS

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