Electronique

Cartes à réaliser

Catégorie: Commande Electronique

La nouvelle génération

Les circuits récents de commande de moteurs pas à pas

les Toshiba TB6560 (40V, 3A) que l'on trouve sur une quantité de cartes chinoises à prix plancher a le défaut de devoir être impérativement alimenté en 5V avant de mettre sous tension la puissance. C'est une cause très fréquente de destruction de ce circuit. Sa fréquence de hachage est trop élevée, ce qui crée une surchauffe à la fois dans le circuit et aussi dans les moteurs.
De nouveaux circuits, les TB6564AHQ/THB6064AH (50V 4A), moins sensible aux problèmes de mise en service. Un circuit un peu plus puissant est le TB6600HG, (50V, 4.5 A).

Deux sites décrivant des cartes à base de THB6064AH:

Sur le site ci-dessous, plusieurs cartes, notamment pour des commandes de moteur unipolaires

Nota: les linisteppers ne sont pas adaptés pour un régime de rotation rapide, qui nécessite de la tension et crée une énorme dissipation dans le contrôleur.

La partie historique de la page devenue obsolète

Vous trouverez ci-dessous des schémas, typons, et autres informations sur des cartes de puissances à réaliser vous-même.

Présentation

Ces cartes sont issues des cartes disponibles sur le site Otocoup, mais elles ont été modifiées, et n'ont pas été testées avec ces modifications, donc prenez vos responsabilités et assumez les risques.

En les portant sur ce site, la licence de distribution est modifiée, vous pouvez donc rediffuser, modifier et redistribuer ces cartes aux conditions du site, c'est à dire sans objectif commercial, en citant la source, et en redistribuant suivant une licence comparable.
De plus, les fichiers au format Eagle 4.11 sont fournis,vous pourrez donc faire un perçage automatique ou réaliser le typon par gravure à l'anglaise, voire vous amuser à faire des modifications.

Attention, le typon au format pdf est vu par dessus. Le texte permet de s'y retrouver, il est lisible dans le bon sens quand on regarde le coté cuivre.
Pour imprimer un typon à l'échelle 1, il faut désélectionner dans Acrobat, lors de l'impression, toutes les options d'ajustement de page.

Merci de m'informer du résultat et de fournir quelques photos de vos réalisations.
Si quelqu'un réalise les typons en gravure à l'anglaise, merci de m'envoyer le fichier ou de le poster sur cette page.

Une question fréquente concerne les broches AU/ESD (Arrêt d'urgence/Emergency ShutDown). Les bornes de l'arrêt d'urgence doivent être connectées pour que les cartes de commande fonctionnent. L'arrêt d'urgence s'obtient par coupure de la ligne (pour qu'en cas de défaillance de la commande d'arrêt d'urgence, l'action d'arrêt soit effective). La philosophie ici est de ne pas couper les moteurs, mais de bloquer les signaux et de couper la broche, dans le but d'utiliser le couple des moteurs pour bloquer les chariots. Il est aussi possible de tout couper, selon la manière dont est construite votre machine.

Une page spéciale vous explique comment imprimer à l'échelle les typons.

Si vous avez des questions, postez les sur cette page.

Pierre ROUZEAU

La carte L297/L298 de base

Carte très classique basée sur les circuits L297/L298, valeurs sûre de la commande pas à pas.
Carte bloquée en demi-pas.
2 modifications - non testées - par rapport à la carte Otocoup:

  • Le mode 'contrôle' a été équipé d'un résistance de 'pull-up' et il suffit donc désormais de mettre ou d'enlever le jumper JP1 pour changer de mode de contrôle (à essayer suivant ce qui marche le mieux avec votre moteur, changement uniquement hors tension)
  • 2 résistances de précision ont été ajoutées pour faire un pont diviseur de tension, et vous avez désormais un connecteur JP2 sur lequel vous pouvez mesurer la tension de référence (soudez des points de contact plutôt qu'un jumper).
Le pont diviseur fait en sorte que la tension de réglage mesurée sur JP2 soit égale à l'intensité de réglage, dito 2V donnera 2A, 1.6V donnera 1.6A, etc. Ne pas mettre de pontet, c'est juste un point de mesure.
Ce réglage est à faire avant de brancher les moteurs.
Nota: la tension de référence de 2V sur JP2 donne 0.666 V sur le point de référence du circuit L297.

Carte de puissance pour moteurs pas à pas à base de circuits L297/L298, 2 x 2A, alimentation en 40V maximum.
Fonctionne en demi-pas.
Dimensions de la carte carte exactement 50 x 80 mm.
Resistances de Shunt 3 x 1 ohm en parallèle, soit 0.333 ohm.
Le courant est contrôlé par le potentiomètre R30.
C'est une bonne idée de limiter le courant à 80-85% de la valeur indiquée sur le moteur, le couple sera seulement réduit de 5%.

JP1 contrôle la circulation du courant dans le pont L298.
Ceci définit le chemin de retour du courant dans le pont quand on avance d'un pas. ceci est appellé 'slow decay' et 'fast decay' ou encore 'enable chopping' et 'phase chopping' dans les feuilles de données des circuits de commande.
Le contact entre ces broches doit être uniquement modifié carte hors-tension.
La meilleure option est... celle qui fonctionne le mieux, ce qui dépends de vos moteurs.
Aussi il faut tester avec vos propres moteurs.
Le pontet en place définit le controle comme 'enable chopping' (qui met la broche 11 du circuit L297 à 0V) ce qui crée plus d'échauffement sur le pont L298, les résistances de shunt et les moteurs, mais permet un fonctionnement plus rapide des moteurs.
Sans pontet le controle est en 'phase chopping' (qui met la broche 11 du circuit L297 à +5V) et crée moins d'échauffement.
Il faut aussi écouter le bruit généré par les moteurs.

JP3 Contrôle le signal de synchronisation.
La carte génère ses signaux quand les broches 1 et 2 sont pontées.
Elle se synchronise sur un signal extérieur quand les broches 2 et 3 sont pontées.

Sur un ensemble de cartes, une seule doit générer la synchronisation, les autres
doivent être synchronisées sur la première (via le fil 'sync').

Il est obligatoire d'alimenter les circuits en 5V *avant* ou
en même temps que l'alimentation de puissance.
Un oubli détruira le circuit L298 (Çà, je l'ai testé pour vous...)

Le L298 doit être équipé d'un très généreux radiateur. En cas de surchauffe la carte disjoncte et se reconnecte immédiatement ce qui crée des tressautements assez rapides.

Toutes les résistances sont en carbone, 1/4W sauf les R101-103 et R105-107, 1 Ohm, métal 1W, 5%

Dossier de la carte

La carte L297/L298 évoluée

Cette carte comporte les même modifications que ci-dessus, plus deux ajouts complémentaires - non testés - :

  • Un générateur de tops réglable par potentiomètre pour essayer la carte. La fréquence dudit générateur: je ne sais plus, voir les formules du NE555 pour la retrouver. Tout sur le NE555 (en anglais)
Pour brancher le générateur de top sur l'entrée clock de la carte, connecter le jumper JP4 (n'oubliez pas de le déconnecter quand vous brancherez l'ordinateur).
  • Une alimentation à découpage produit le 5V sur la carte. Attention de ne pas brancher ensemble différentes sources 5V (sur différentes cartes) sous peine de misères. Vous pouvez fabriquer une carte de ce type, qui servira à alimenter en 5V deux cartes L297/L298 'simples'.
Ayant un condensateur de 470µF pas loin, je n'ai pas jugé utile d'installer un condensateur haute capacité à l'entrée de la partie alimentation (il y a cependant un 100 nF de découplage). En cas d'ennuis avec cette alimentation, vous pouvez essayer de remplacer le condensateur C6 de 100nF par un condensateur polarisé de 100µF (attention au sens, la masse est le grand plan de masse).

Dossier de la carte

Longueur du typon imprimé à l'échelle 1 : 94.3 mm

La carte L6208 'Papillon'

Réalisation et photo: Romain Stoudmann
Contrairement à ce qu'on voit sur la photo, il faut écarter le circuit de son support pour favoriser un bon refroidissement. Le fusible est ici déporté.

Cette carte est plus originale que la précédente. C'est une version simple face de la carte double face L6208 déjà diffusée sur le site Otocoup.
Carte de puissance pour un moteur Bipolaire à base de :

L6208 (ST Microelectronics)
Intensité maximum : 2.5 A par phase.
Tension maximum d'une alimentation non régulée : 32V
Tension maximum d'une alimentation régulée : 44 V
Carte réglée en demi-pas
Mode de contrôle 'Slow decay' (Voir les datasheets)

Le schéma électrique est identique à la carte double face sauf le condensateur de 470µF qui a été remplaçé par 2 condensateurs de 220 µF pour améliorer la compacité.
Ce circuit étant refroidi par diffusion de chaleur dans le plan de cuivre de la carte, le régime thermique d'une carte simple face pourrait être plus critique, malgré la généreuse surface de refroidissement prévue (le fameux 'papillon'). Il serait souhaitable d'avoir une épaisseur de cuivre la plus importante possible mini 35µ, mieux 70µ ou plus, et d'étamer généreusement la surface au droit des pattes centrales de refroidissement.
Rappel: pour souder les pattes centrales de ce circuit vous aurez besoin d'un fer de grande puissance (100W ou plus: type pistolet ou fer bi-puissance) car la chaleur se diffuse dans le plan de cuivre (qui est précisément là pour ça).
Pour raccorder le moteur, vous pouvez soit utiliser une prise Molex à quatre broches mâles, soit deux borniers à vis, inutile de monter les deux solutions.

On peut aussi coller un refroidisseur de circuit sur le dos du L6208 (comme on voit sur la photo).

Pour obtenir un bon refroidissement, cette carte sera montée sur chant, avec un espace en dessous pour ménager l'arrivée d'air.
Au dessus d'une intensité à déterminer expérimentalement (1.5 A ?), il faudra souffler sur la carte avec un ventilateur pour assurer son refroidissement. Voir le montage de Franck Aguerre sur la page Boîtiers.

En cas de surchauffe la carte disjoncte ce qui crée des tressautements assez rapides.

Les résistances de shunt sont faites avec 4 x 1 ohm en parallèle, soit 0.25 ohm
Le courant est contrôlé par le potentiomètre R30,
On le vérifie en mesurant la tension sur la prise J3.
Table d'équivalence en fonction des mesures de tension sur J3:
0.6 V -> 2.4 A
0.5 V -> 2 A
0.4 V -> 1.6 A
0.25 V -> 1 A
0.2 V -> 0.8 A
Ce réglage est à faire avant la mise en place du moteur.

Toutes les résistances sont en carbone, 1/4W sauf les R101-108, 1 Ohm, metal 1W, 5%.
La diode D3 n'est pas nécessaire si vous êtes absolument certain de ne pas vous tromper de polarité sur l'alimentation de la carte.

Mise à jour en 2007: Cboot relié à VS au lieu de la masse, amélioration de la surface de refroidissement, suppression de 2 straps.
Les résistances de 6k49 (6490 Ohm) se trouvent au rayon 'résistances de précision'.
Les L6208 peuvent se trouver chez électronique diffusion.

Dossier de la carte
Le typon fait 60 x 82 mm.

La carte L6208 'Intégrale'

Cette carte, conçue et réalisée par Frank Aguerre, comporte 4 axes gérés par des circuits L6208. Son fonctionnement électrique est identique à celui de la carte de commande de Frank couplée à 4 cartes L6208 'papillon'.
Par contre, la gestion du refroidissement se fait différemment. Les circuits L6208 comportent un refroidisseur commun posé sur leur dos.
Pour que les circuits, à recouvrir de pâte thermique, soient bien à plat par rapport au refroidisseur, ils sont montés sur des supports 'tulipe' de haute qualité (pour passer l'important courant).
Les tests ont donnés une intensité maximum de 2.2A pour laquelle la disjonction des L6208 intervient, ceci avec un ventilateur 80x80 soufflant sur le rail de refroidissement. Dans la pratique, on peut fonctionner au environs de 2A. Pour pouvoir augmenter l'intensité, on peut aussi essayer d'agrandir le radiateur.
Il n'est pas nécessaire de monter le NE555 si on n'a pas l'intention d'utiliser cette carte pour de la découpe au fil chaud.
Le prix du circuit imprimé chez Atexa est de 39.05 Euros, perçé et étamé à chaud.

Dossier de la carte

Datasheets constructeur

L6208
L297
L298
IRLZ44

Réaliser ses circuits imprimés

Il existe d'innombrables sites sur la manière de réaliser des circuits imprimés.

  • La méthode la plus courante utilise du perchlorure de fer (qui tâche)
  • Avec du papier spécial (ou pas...) et un fer à repasser
  • Avec de l'eau oxygénée et de l'acide chlorhydrique (site de F.Roussel)
  • Avec une fraiseuse et un logiciel approprié (NinosCFAO)
  • Avec un chèque, chez Atexa

Mise en œuvre

  • Tester la carte de commande ou le câblage en tenant lieu. Il faut vérifier que l'alimentation 5V fonctionne, que les signaux sont bien commutés par l'ordinateur, et si votre carte de commande comporte un arrêt d'urgence, que celui-ci fonctionne (coupure des signaux).
  • Les cartes de commande équipées d'un régulateur linéaire en tête (7812) ne doivent pas être alimentées au delà de 24V. Seule une alimentation avec un régulateur à découpage permet d'alimenter jusqu’à 40V. Une autre solution est d'ajouter un régulateur linéaire 24V devant le régulateur 12V.
  • Les régulateurs de tension montés sur une carte de commande doivent être équipés d'un généreux radiateur (commun à tous les régulateurs), particulièrement si vous alimentez un ventilateur. Attention, ce radiateur est à la masse, évitez les court-circuits. Si les régulateurs surchauffent, une sécurité thermique les met en défaut, vous perdez le 5V et vous détruisez automatiquement les cartes de puissance à base de L297/L298. Les cartes à base de L6208 sont plus résistantes.
  • Après avoir testé la partie commande, vous pouvez brancher une carte de puissance, mais sans alimenter coté puissance. Ajustez la tension de réglage de l'intensité (connecteur JP2 sur les cartes présentées ici) suivant les recommandations de la documentation de la carte de puissance (attention, la tension de réglage varie d'une carte à l'autre pour une même intensité)
  • Une fois que ceci est fait, Mettez votre installation hors tension et rebranchez l'alimentation de puissance (18-40V). Lors de la mise sous tension, votre système doit faire en sorte que l'alimentation de puissance se fasse en même temps ou légèrement après l'alimentation de la logique 5V. Alimenter la puissance avant la logique détruit les cartes à base de L297/L298 (le L298 brûle, et parfois aussi le L297 avec). Testez vos cartes de puissance en les ajoutant l'une après l'autre (mise sous tension logique, réglage, puis ajout de la tension de puissance). Pour les cartes basées sur L297/L298, respectez soigneusement les recommandations de la documentation concernant la synchronisation.
  • Il va de soi qu'avant de mettre sous tension on vérifie le câblage (continuité, absence de court-circuits avec les fils voisins ou la masse). Pas de fils volants, c'est comme ça qu'on brûle du matériel (j'ai aussi testé pour vous...), mettez un bout de ruban adhésif isolant au bout des fils non branchés. Et pour paraphraser l'adage 'mesuré trois fois, coupé une fois', on peut faire aussi 'mesuré trois fois, mis sous tension une fois'.
  • Les broches 'AU' (arrêt d'urgence)/'ESD' (Emergency ShutDown) doivent être reliées entre elles pour que les signaux de commandes soient transmis. Ces broches sont destinées à l'installation d'un arrêt d'urgence, qui coupe les mouvements sans couper l'alimentation des moteurs, afin de bloquer les mouvements de la machine. Si ces deux broches ne sont pas connectées entre elles , AUCUN signal n'est transmis à la puissance.

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Page mise à jour le 01/10/2015 12:55