Дампер (Dumper)
В этом разделе я хочу рассказать, что такое Дампер, для чего он нужен и как его сделать самостоятельно. ВИДЕО-1 и ВИДЕО-2
При резком замедлении шагового двигателя, он превращается в генератор и начинает заряжать конденсаторы фильтра блока питания. Диоды выпрямителя блока питания закрываются и напряжение на конденсаторах фильтра бесконтрольно растет до тех пор пока не превысит предельно допустимое значение для данных микросхем драйверов, осуществляя начало пробоя микросхем. Напряжение на конденсаторах фильтра начинает падать, диоды выпрямителя блока питания открываются, поддерживая процесс пробоя. После этого одна или несколько микросхем уже с помощью всей мощности блока питания сгорает, выходя из строя даже печатные дорожки.
Geckodrive дает теорию и электрическую схему дампера с описанием принципа работы (прочитать об этом можно тут).
Вот сама схема:
Эта схема защищает драйвер шагового двигателя или серво-двигателя от повреждений во время периодов возврата энергии, при работе около максимально допустимого напряжения питания драйвера.
Энергетическая отдача возникает, когда большие инерционные нагрузки быстро тормозятся из высокой скорости. Энергия, запасенная в момент инерции (кинетическая энергия) должны быть удалена и рассеяна. Драйвер (через внутренние диоды) будет возвращать эту энергию обратно к источнику питания, как возвратный ток, который приведет к росту напряжения источника питания (заряжаются конденсаторы на плате и в блоке питания). Если напряжение питания уже около максимально допустимого для драйвера, это дополнительное напряжение пробивает сам драйвер. Эта схема чувствительна к направлению тока. Когда ток идет к драйверу, то схема ничего не делает. Если ток меняет направление (то есть, возникает возвратный ток), то он шунтируется на землю.
Описание схемы:
Обычно ток питания проходя через открытый диод D1, закрывает Q2 с помощью R2. Если направление тока меняется, D1 закрывается и обратное напряжение возникает на R1. Это напряжение открывает составной транзистор Q1. Возвратный ток теперь течет с драйвера, через Q1 на землю, через R3 33 ома 10W. Основная цель R3 является ограничение рассеиваемой мощности Q3 в пределах безопастной области вторичного пробоя (SOA).
Детали:
Q1 TIP147 (коэфф. усиления примерно 1000, предельное напряжение 100в, составной p-n-p) можно заменить на отечественные аналог - КТ825 или собрать из двух транзисторов. D1 любой с током больше чем у блока питания, предельное напряжение 100в (лучше Шотки, или сборка Шотки с диодами в паралель, меньше грется будет, тогда предельное напряжение придется выбрать меньше 100в). Нужен небольшой радиатор.
Если диод D1 кремневый (мощный) то мощность выделяющиеся на диоде равна 0,8В (прямое падение напряжения на диоде) умноженная на максимальный ток постоянно потребляемый контроллером 6А (при длительной работе всех шаговиков) равна 4,8 Вт, диод греется и нужен небольшой радиатор если диод D1 Шотки, то мощность выделяющиеся на диоде равна 0,4В * 6А=2,4 Вт, меньше греется и наверно нужен совсем небольшой радиатор.
Если диод D1 сборка Шотки с диодами включенными в паралель (выглядит как мощный транзистор, прямое падение напряжения 0,3В), то мощность выделяющиеся на диоде равна 0,3В * 6А=1,8 Вт, грется еще меньше и наверно можно использовать без радиатора, или в качестве небольшого радиатора можно использовать саму печатную плату, оставив на ней побольше медной фольги около сборки Шотки, прикрутив её болтиком.
Можно попробовать взять мощную сборку Шотки из двух диодов соединить их в паралель (меньше прямое падение напряжения) и пропустить через них ток в 6А и посмотреть в течении продолжительного времени, как будут грется и нужен ли небольшой радиатор.
Все вышеописаное, относиться к блоку питания с током 6А.
Для других токов, потребляемых контроллером можно легко прикинуть мощность выделяющиеся
на диоде.
Составной транзистор Q1 TIP147 в штатном режиме не греется совем, он закрыт. В момент гашения возвратного тока мощность выделяющиеся на составном транзисторе м.б. оценена как 2В * 6А=12Вт, но за очень короткое время. Транзистор просто не успеет нагреться, т.е. среднея рассеиваемая мощность очень мала. Практически вся мощность возвратного тока выделяется на R3 33 ом 10Вт, т.е. транзистору Q1 радиатор не нужен. Два резистора 1Ком (R1 и R2) обычные маленькие резисторы 0,25Вт. Конденсатор С1 - уже находиться в самом драйвере, на плате Дампера его можно не ставить. Это все относительно дампера по схеме Geckodrive.
Вот та же схема Дампера, на составном транзисторе:
T1 любой маломощный p-n-p транзистор Uкэ>60В Iкэ>100ма
T2 любой мощный (недорогой) n-p-n транзистор Uкэ>60В Iкэ>8А (КТ819)
R4 - 1Ком обычный маленький резистор 0,25Вт.
Конденсатор уже находиться на плате драйвера.
И на последок, другая схема, в которой вообще ничего не греется.
Отличие заключается в том что схема из Гекодрайва работает с блоком питания на любое напряжение и может использоваться и как отдельный универсальный дампер. Эта схема расчитана на фиксированное напряжение блока питания 24В и это менее удобно (хотя заменой стабилитрона настраивается на любое напряжение). Но зато в ней нет проходного диода, который постоянно греется (диод D1 в схеме из Гекодрайва).
Это просто аналог мощного стабилитрона с напряжением стабилизации в 27В (напряжение блока питания 24В плюс 3В на превышение из-за возвратного тока) подключенный паралельно питанию микросхем драйверов. Как только напряжение питания превысит 27В стабилитроны D1, D2 пробиваются, ток через них открывает составной транзистор T1,T2 подключая мощный резистор R3 33 ом 10Вт к источнику питания, тем самым удерживая напряжение питания на безопастном уровне 27В (как паралельный стабилизатор). Т.е. возвратный ток через R3 33 ом замыкается на землю не вызывая опастного для микросхем драйверов превышения напряжения источника питания. Транзистор также холодный, на всякий случай тоже можно привинтить к печатной плате.
В схеме со стабилитроном:
D1, D2 обычные маломощные стабилитроны с напряжением стабилизации в сумме равным 27В (напряжение блока питания 24В плюс 3В = 27В), тип либой, можно заменить одним стабилитроном на 27В если такой есть. R1 - 220 Ом, R2,R3 - 1Ком обычные маленькие резисторы 0,25Вт Всё остальное то же самое, что и в других схемах, конденсатор есть в самом контроллере.
Во всех трех схемах, параллельно резистору R3, можно подключить светодиод (анод к транзистору, катод на общий) который будет включаться когда напряжение на драйвере превысит напряжение блока питания - когда дампер включиться. Последовательно со светодиодом подключить токоограничивающий резистор. Светолиод будет служить индикатором срабатывания дампера.
Отдельное спасибо Владимиру Данилову! За предоставленную информацию и оказанную помощь.