• DRV8834 스텝모터 드라이버는 TI사의 DRV8834 마이크로스텝핑 bipolar 스텝모터 드라이버를 탑재한 제품입니다.
• DRV8834는 2.5-10.8V에서 동작하기때문에 낮은 전압에서 동작하는 스텝모터를 사용할 수 있습니다.
• heat sink없이 phase당 연속적으로 1.5A전류를 전달가능합니다.
• 조절가능한 전류 제한, 과전류, 과열보호, 6 마이크로스텝 분해능(1/32스텝까지)를 지원합니다.

• 아래는 본 드라이버의 핵심 기능입니다.

  • 간단한 스텝 및 방향 제어 인터페이스
  • 여섯개의 서로 다른 스텝 분해능: full-step, half-step, 1/4-step, 1/8-step, 1/16-step, 및 1/32-step
  • 조절가능한 전류제어 기능지원으로 포텐셔미터로 최대 전류 출력 설정가능. 이것은 스텝모터의 등급전압보다 높은 전압을 사 가능하게 하여 보다 높은 스텝율을 얻을 수 있게 함
  • 올바른 전류 decay mode(fast 혹은 slow decay)를 자동으로 선택하는 지능적인 chopping control
  • 2.5-10.8 V 공급전압 범위
  • 레귤레이터 장착(외부 회로 전원이 필요하지 않음)
  • 3.3V 및 5V시스템에 인터페이스 가능
  • 과열 셧다운, 과전류 셧다운, 저전압 락아웃 지원
  • Short-to-ground, short-to-supply, 및 shorted-load protection 지원
  • 4-layer PCB로 향상된 방열
  • PCB 밑면 IC에는 납땜가능한 그라운드 패드가 노출되어 있음
• 몇몇 unipolar 모터(6선, 8선)는 본 드라이버로 바이폴라 스텝모터처럼 제어가 가능합니다.

전원연결

• 본 드라이버는 2.5-10.8V의 모터전압이 필요하며 VMOT와 GND에 연결되어야 합니다. 이 전원들에는 보드의 가까운 곳에 적절한 decoupling capacitor를 달아주어야 합니다.
• 경고:
  • 본 제품은 Low-ESR 세라믹 캐패시터를 사용합니다. 이러한 캐패시터는 4-5센티 이상의 긴 전원선을 사용할때 주로 발생하는 파과적인 LC 전압 스파이크에 취약합니다. 이러한 스파이크는 정상적인 조건에서도 DRV8834의 허용등급인 11.8V를 초과할 수 있어 보드를 완전히 망가 트릴 수 있습니다. 이러한 스파이크에서 본 드라이버 모듈을 보호하려면 최소한 47uF이상의 전해 캐패시터를 모터전원(VMOT)와 보드와 가까운 그라운드 사이에 위치시켜야 합니다.

모터 연결

• 4선, 6선, 8선 스텝모터는 적절하게 연결된다면 DRV8834에 의해 동작이 가능합니다.
• 경고: 스텝모터를 모터드라이버에 전원이 들어와 있는 상태에서 연결하거나 연결을 끊는 것은 모터 드라이버를 망가 트릴 수 있습니다.

스텝(그리고 마이크로스텝) 사이즈

• 스텝모터는 통상적으로 스텝 사이즈 스펙이 있습니다. 예를 들면 1.8도 혹은 한회전에 200 스텝 식으로 표시됩니다.
• DRV8834과 같은 마이크로스텝핑 드라이버는 스텝사이의 위치도 위치시킬 수 있는 높은 분해능을 가능하게 합니다. 이러한 것은 중간 전류 레벨로 코일에 에너지를 줌으로써 가능합니다.
• 예를들면, quarter-step모드로 모터를 동작시키는 것은 회전당 200스텝이 가능한 모터를 서로 다른 전류 레벨을 이용하여 회전당 800개의 마이크로스텝이 가능하게 합니다.
• 분해능(스텝크기) 선택 입력(M0, M1)은 아래 테이블에 의한 6가지의 스텝 분해능 중 하나를 선택할 수 있게 합니다.
• M0는 기본값이 floating상태입니다. 반면 M1은 내부 200K오옴 풀다운 저항을 가지고 있어 두 핀을 연결하지 않고 놓으면 1/4 step모드가 됩니다.
• 마이크로스텝 모드가 올바르게 동작하게 하기 위해서는 전류제한이 반드시 충분히 low로 설정되어야 합니다. 그렇지 않으면 중간 전류 레벨은 올바르게 유지 될수 없고 모터는 마이크로스텝을 스킵하게 됩니다.

  M0	M1	Microstep Resolution
  Low	Low	Full step
  High	Low	Half step
  Floating	Low	1/4 step
  Low	High	1/8 step
  High	High	1/16 step
  Floating	High	1/32 step

  
  

제어 입력

• 스텝 입력에 대한 각각의 펄스는 DIR핀에 의해 선택된 방향으로 모터의 1 마이크로스텝과 동일합니다.
• 이 핀들은 내부 200k오옴 풀다운 저항에 의해 기본으로 풀다운되어 있습니다.
• 만약 한방향으로만 모터를 회전시키기를 원한다면 DIR 핀을 연결되지 않은 상태로 놓아두면 됩니다.
• 드라이버 칩은 파워상태를 제어하기 위한 두개의 다른 입력을 가지고 있습니다. RESET, ENBL 핀인데 이 핀에 대한 구체적인 내용은 데이터 쉬트를 참조하시기 바랍니다.
• 본 드라이버는 SLEEP핀을 내부 500k오옴 풀다운 저항을 통해 low로 만들고 있으며, ENBL핀은 내부 200k오옴 풀다운 저항을 통해 low로 만들고 있습니다.
• 기본 SLEEP 상태는 드라이버가 동작하는것을 방지합니다. 드라이버 동작을 위해서는 이 핀을 반드시 high상태로 만들어야 합니다. (2.2에서 5.25V의 로직 high전압을 직접적으로 연결하거나 MCU의 디지털 출력에 연결되어 동적으로 제어도 가능합니다.)
• ENBL핀의 기본 상태는 드라이버 활성화 입니다. 그래서 핀은 연결되지 않은 상태로 남겨두어야 합니다.

  Schematic of nSLEEP and nFAULT pins on DRV8824/DRV8825/DRV8834 carriers.

   

• DRV8834는 FAULT 출력 기능을 가지고 있는데 FAULT출력은 과전류보호나 과열셧다운의 결과로 H-bridge FET가 비활성화 될때마다 혹은 저전압 lockout이 칩을 disable시켰을 시 LOW가 되게 됩니다.
• 그리고 FAULT 핀은 10K저항을 통해 SLEEP핀에 연결되어 있습니다. 이 저항은 SLEEP이 외부에서 HIGH가 될때마다 FAULT 풀업으로 동작합니다. 그래서 FAULT핀에는 외부 풀업이 필요없습니다.
• 1.5K 보호 저항이 FAULT핀과 직렬로 열결되어 있어 FAULT핀을 로직전압에 직접연결하여도 안전하게 만들어 줍니다.

핀 점퍼 옵션

• DRV8834의 CONFIG핀은 스텝모터를 제어하기 위한 indexer mode(기본값)와 두개의 브러쉬 DC모터를 동작시키는데 사용할 수 있는 alternate phase/enable모드를 선택하는데 사용됩니다. 아래 사진과 같이 CFG로 마크되어 있는 SMT점퍼를 연결하면 됩니다.
• 두번째 점퍼는 전류제한 리퍼런스 전압을 REF핀에서 얻을 수 있게 할때 사용됩니다.

전류제한

• 높은 스텝률을 얻기 위해, 모터 전원은 통상적으로 허용되는 것(전류제한 없이)보다 높은 것을 사용합니다.
• 예를 들면, 일반적인 스텝모터는 5오옴의 코일저항을 가진 최대 1A 전류 등급을 가지고 있습니다. 이것은 모터의 최대 전압이 5V라는 것을 의미합니다.
• 이러한 모터를 9V를 인가하여 사용하면 좀 더 높은 스텝율을 얻을 수 있지만 모터가 손상되는 것을 막기 위해 반드시 전류는 1A이하로 제한 되어야 합니다.
• DRV8834 칩은 이러한 전류 제한을 지원합니다. 본 제품의 보드에 있는 포텐셔미터는 전류제한을 설정하는데 사용됩니다.
• 전류 제한을 설정하는 방법 중 하나는 드라이버를 full step 모드에 놓고, STEP입력을 clocking하지 않은 싱글 모터 코일에 흐르는 전류를 측정하는 것입니다. 측정된 전류는 전류 제한의 0.7배가 될 것입니다. 왜냐하면 두개의 코일은 항상 켜져 있으며 full step모드에서 두개의 코일은 전류제한 셋팅의 70%로 제한되어 있기 때문입니다.
• 전류제한을 설정하는 다른 방법은 REF 핀상의 전압을 측정하고 예상되는 전류제한 값을 계산하는 것입니다. (전류 센스 저항은 0.100오옴입니다.) ref핀 전압은 PCB밑면의 동그랗게 실크프린딩 되어 있는 부분을 통해 접근이 가능합니다(SMT점퍼 연결필요). 전류 제한은 리퍼런스 전압과 아래와 같이 관련이 있습니다.

  Current Limit = VREF × 2

• 예를들어 1A등급의 스텝모터를 가지고 있고, 0.5V로 리퍼런스 전압을 셋팅하여 전류제한을 1A로 설정할 수 있습니다.
• 알림: 코일 전류는 전원전류와는 매우 다를 수 있습니다. 그러므로 전원전류에서 측정된 전류값을 전류제한으로 사용하지 마십시오. 전류측정계를 갖다댈 적절한 위치는 스텝모터 코일 중 하나와 직열로 연결된 부분입니다.

사용시 고려 사항

• DRV8834 드라이버 IC는 코일당 최대 1.5A 전류 등급을 가지고 있습니다. DRV8834는 코일당 2.2A까지의 피크 전류를 지원하지만 과전류 보호기능이 2A수준에서 동작할 수 있습니다. 실제로 전달할 수 있는 전류는 얼마나 IC를 잘 식히느냐에 달려 있습니다.
• 본 모듈은 열을 IC밖으로 배출하도록 디자인 되었지만 코일당 약 1.5A이상을 공급할때는 heat sink나 다른 식혀주는 방법이 필요합니다.
• 전원쪽에서 전류를 측정하는 것으로, 코일 전류를 측정하는 것은 정확한 측정값을 가지기가 일반적으로 어렵습니다. 왜냐하면 드라이버의 입력 전압이 코일 전압보다 매우 높을 수 있기 때문에, 전원쪽의 전류는 코일의 전류보다 매우 낮을 수 있습니다. (드라이버와 코일은 기본적으로 스위칭 스텝다운 전원처럼 동작합니다.)
• 그리고, 모터가 설정 전류를 얻기 위해 필요한 전압과 비교하여 전원전압이 매우 높다면, 듀티 사이클이 매우 낮을 것입니다. 이것은 또한 평균과 RMS 전류 사이에서 큰 차이를 만들어 냅니다.
• 추가적으로, 코일 전류는 설정한 전류 제한에 대한 함수 입니다. 하지만 코일전류가 전류제한 설정값과 같은 것은 아닙니다. 각각의 코일에 흐르는 실제 전류는 각각의 마이크로스텝에 따라 변합니다. 자세한 내용은 DRV8834 데이터쉬트를 참고 바랍니다.

• 크기: 0.6″ × 0.8″, 무게: 1.6g

• Texas Instruments DRV8834 stepper motor driver datasheet (2MB pdf)
• DRV8834 low-voltage stepper motor driver carrier schematic diagram (105k pdf)

질문) 3.9V, 600mA bipolar 스텝모터를 제어하고 싶습니다만 DRV8834 스텝모터 드라이버는 최소 동작전압이 3.9V입니다. 이 드라이버를 사용할 수 있나요?

아니요. 사용할 수 없습니다.

질문) DRV8834 스텝모터 드라이버가 과열되고 있지만 전원은 코일당 1.5A 이하로 소비되고 있는 것으로 확인됩니다. 왜그렇죠?

전원에서 전류소비를 측정하는 것은 코일전류를 정확하게 측정하는 것이 아닙니다. 왜냐하면 모터 드라이버의 입력전압은 코일전압보다 매우 높기 때문입니다. 전원에서 측정된 전류는 코일 전류보다 매우 낮을 수 있습니다. (드라이버와 코일은 기본적으로 스위칭 스텝다운 파워 서플라이같이 동작합니다.) 그리고 모터의 설정 전류를 얻기 위해 필요한 전압보다 전원의 전압이 매우 높다면 평균전류와 RMS전류 사이에는 매우 큰 차이를 유발하게 됩니다. RMS 전류는 칩의 발열과 관련이 있습니다만, 많은 전원이 그것을 보여주지 못합니다.

질문) 어떻게 DRV8834모터 드라이버와 스텝모터를 연결하나요?

스텝모터를 어떻게 연결하느냐는 어떤 타입의 스텝모터를 사용하느냐에 따라 다릅니다. 스텝모터 작업을 할때 보통 두가지 타입의 스텝모터를 많이 보게 됩니다. unipolar 스텝모터와 bipolar 스텝모터인데요. Unipolar 모터는 phase당 두개의 권선을 가지고 있어, 코일에 반대방향으로 전류를 흘리는 것 없이 자기장을 반대로 만들 수 있습니다. 그래서 bipolar모터보다 unipolar모터는 제어하기가 쉽습니다. 단점은 phase의 절반만 주어진시간에 전류를 보낸다는 점이 단점이여서, 스텝모터의 토크를 감소시킵니다. 하지만 적절히 회로를 제어한다면 bipolar모터처럼 unipolar스텝모터(6선, 8선 모터의 경우만 해당. 5선은 해당안됨)의 토크를 증가시킬수 있습니다. Unipolar 스텝모터는 일반적으로 5 선,6선, 8선입니다.

Bipolar 스텝모터는 phase당 한개의 코일을 가지고 있고 좀더 복잡한 제어회로(일반적으로 각 phase에 H-bridge)가 필요합니다. DRV8834은 bipolar 모터를 제어하는데 필요한 회로를 가지고 있습니다. bipolar 스텝모터는 일반적으로 각각의 코일에 두개씩 4개의 리드를 가지고 있습니다.

 

Two-phase bipolar stepper motor with four leads.

위의 그림은 표준 bipolar 스텝모터를 보여줍니다. DRV8834으로 이 모터를 제어하기 위해서는 스텝모터의 A리드와 드라이버 보드의 출력 A1를, 스텝모터 리드 C는 보드의 A2, 스텝모터 리드B는 보드의 출력 B1, 스텝모터 리드 D는 보드출력 B2에 연결합니다. 좀더 자세한 내용은 DRV8834데이터 쉬트를 참고 바랍니다.

만약 아래와 같은 6선 unipolar 스텝모터를 가지고 있다면

Two-phase unipolar stepper motor with six leads.

DRV8834에 bipolar모터처럼 연결이 가능합니다. 위에서 언급한 bipolar 모터 연결법 처럼 연결하고 스텝모터의 A', B' 리드는 연결하지 않고 남겨둡니다. 이 리드선들은 두개의 코일사이의 중간부분으로 bipolar 동작에서는 사용되지 않습니다.

만약 아래와 같은 8선 unipolar 스텝모터를 가지고 있다면

Two-phase unipolar stepper motor with eight leads.

여러개의 연결 옵션이 있습니다. 8선 unipolar스텝모터는 phase당 두개의 코일이 있어 모든 코일 리드를 접근할 수 있게 합니다. (6선 unipolar스텝모터의 경우 내부적으로 A'는 C'에 연결되어 있고 B'는 D'에 연결되어 있습니다.) 8선 모터를 bipolar모터처럼 동작시킬때는 각각의 phase의 두개의 코일을 병렬이나 직렬로 연결할 수 있는 옵션을 가지고 있습니다. 만약 병렬로 사용을 한다면 코일 인덕턴스가 줄게되고 전류를 좀 더 공급할 수만 있다면 증가된 성능을 얻을수 있습니다. 하지만 DRV8834은 phase당 출력 전류를 제한하기 때문에, 두개의병렬 코일에 각각 흐르는 phase전류의 전반만을 얻을 수 있습니다. 만약 직렬로 사용한다면, phase당 한개의 코일을 사용하는 것과 같습니다(마치 4선 bipolar나 6선 unipolar를 스텝모터처럼 용용한는 것과 같음). 둘중 를 추천하라면 시리얼 연결로 사용하는 것을 권장합니다.

phase 코일을 병렬로 연결하려면 모터A와 C'를 보드 A1에, 모터 A'와 C를 보드 A2에, 모터 B와 D'를 보드 B1에, 모터B'와 D를 보드 B2에 연결합니다.

phase 코일을 직렬로 연결하려면 모터 A'부터 C'를 스텝모터 B'부터 D'까지 연결하고 스텝모터 A,C,B,D는 표준 바이폴라 처럼 연결이 합니다.(위에 바이폴라스텝모터 연결 참조)