• 본 제품은 Allegro의 A4988 DMOS microstepping bipolar 스텝모터 드라이버 및 전압 레귤레이터를 장착한 보드로
• 한개의 bipolar stepper motor를 제어할 수 있으며 coil당 2A출력까지 사용이 가능합니다.
• 핵심기능은 다음과 같습니다.
  • 간단한 스텝 및 방향 제어 인터페이스
  • 5개의 서로 다른 스텝 분해능: full-step, half-step, quarter-step, eighth-step, 및 sixteenth-step
  • 조절가능한 전류 제어로 최대 전류 출력을 설정할 수 있게함. 이것은 높은 스텝률을 얻기 위해 스텝모터의 등급 전압보다 높은 전압을 사용할 수 있게 함.
  • 자동으로 올바른 current decay mode(fast 혹은 slow decay)를 선택하는 지능적인 chopping control
  • 과열 셧다운, 저전압 락아웃, crossover-current protection 지원
  • Short-to-ground 및 shorted-load 보호
• 메인 전원입력에 대한 역극 전원 보호 기능을 가지고 있으며 5V 및 3.3V 전압 레귤레이터를 장착하고 있어 모터와 회로의 전원을 분리할 필요가 없습니다. 또한 5V 혹은 3.3V 마이크로컨트롤러와도 사용이 가능합니다.
• 몇몇 unipolar stepper motor(6 or 8 leads)는 본 제품으로 bipolar stepper motor처럼 제어가 가능합니다. 5개의 리드가 있는 unipolar 모터는 사용이 불가합니다.
• 본 드라이버는 조절가능한 전류 제한, 과전류 및 과열 보호 기능이 있으며, 5개의 서로 다른 microstep분해능(1/16스텝까지)을 가지고 있습니다.
• 8-35V에서 동작하며 약 phase당 약 1A를 heat sink 없이 전달이 가능합니다.
• 만약 heat sink나 공기를 식히는 방식으로 식힌다면 coil당 약 2A가 가능합니다.

전원 연결

• 본 제품은 회로 전원(3-5.5V)을 VDD와 GND에 연결하고, 모터 전원(8-35V)을 VMOT와 GND에 연결합니다.
• 회로전원은 외부 소스로부터 공급 혹은 5V나 3.3V 레귤레이터가 내보내는 VDD출력에 점퍼링하여 가능합니다.
• VDD를 선택할 수 있는 솔더 점퍼가 PCB상에 있습니다.
• 본 드라이버의 레귤레이터는 MCU와 같은 다른 회로에 전원공급이 가능합니다.
• 모터의 전원은 모터가 사용하는 전류를 내보낼 능력이 있어야 합니다. (peak시 4A까지)

모터 연결

• 적절하게 모터를 연결하면 A4988을 이용하여 4선, 6선, 8선 스텝모터를 동작시킬 수 있습니다.

  경고: 드라이버에 전원이 들어와 있는 상태에서 스텝모터을 연결하거나 연결을 끊거나 하는 것은 드라이버를 손상시킬 수 있습니다.

스텝 및 마이크로스텝 사이즈

• 스텝모터는 통상적으로 스텝 사이즈 스펙이 있습니다. 예를 들면 1.8도 혹은 한회전에 200 스텝 식으로 표시됩니다.
• A4988과 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(MS1, MS2, MS3)은 아래 테이블에 의한 5가지의 스텝 분해능 중 하나를 선택할 수 있게 합니다.
• MS1과 MS3는 100k오옴 내부 풀다운 저항을 가지고 있으며 MS2는 50k오옴 내부 풀다운 저항을 가지고 있어, 세 입력 핀에 아무것도 연결을 하지 않는다면 Full Step모드로 동작하게 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.

  MS1	MS2	MS3	Microstep Resolution
  Low	Low	Low	Full step
  High	Low	Low	Half step
  Low	High	Low	Quarter step
  High	High	Low	Eighth step
  High	High	High	Sixteenth step

  
  

제어 입력

• 스텝 입력에 대한 각각의 펄스는 DIR핀에 의해 선택된 방향으로 모터의 1 마이크로스텝과 동일합니다.
• STEP와 DIR핀은 내부적으로 풀다운 혹은 풀업되지 않았기 때문에, 이 핀들을 floating상태(비연결 상태)로 둘수 없습니다.
• 만약 한방향으로만 모터를 회전시키기를 원한다면 DIR 핀을 VCC나 GND로 다이렉트로 연결할 수 있습니다.
• 드라이버 칩은 파워상태를 제어하기 위한 세개의 다른 입력을 가지고 있습니다. RST, SLP, EN 핀인데 이 핀에 대한 구체적인 내용은 데이터 쉬트를 참조하시기 바랍니다.

전류 제한

• 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 12V를 인가하여 사용하면 좀 더 높은 스텝율을 얻을 수 있지만 모터가 손상되는 것을 막기 위해 반드시 전류는 1A이하로 제한 되어야 합니다.
• A4988 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.
• 로직전압 VDD를 다른 값으로 변경하는 것은 전류제한 셋팅값도 변경합니다. 왜냐하면 REF 핀상의 전압이 VDD에 대한 함수이기 때문입니다.
• 전류제한을 설정하는 다른 방법은 REF 핀상의 전압을 측정하고 예상되는 전류제한 값을 계산하는 것입니다. (전류 센스 저항은 0.05오옴입니다.) 전류 제한은 리퍼런스 전압과 아래와 같이 관련이 있습니다.

  Current Limit = VREF × 2.5

• 예를들어 리퍼런스 전압이 0.3V이라면 전류제한은 0.75A입니다. 위에서 언급한대로 full step mode에서 코일에 흐르는 전류는 전류제한의 70%로 제한되어 있어, 1A의 full step 코일 전류를 얻기 위해서는 전류제한은 1A/0.7 = 1.4A가 되어야 합니다. 이값은 VREF를 1.4A/2.5 = 0.56V로 계산할 수 있게 합니다. 자세한 사항은 A4988의 데이터쉬트를 참고하십시오.
• 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 고려사항

• A4988 드라이버 IC는 코일당 최대 2A 전류 등급을 가지고 있지만, 실제로 전달할 수 있는 전류는 얼마나 IC를 식힐 수 있느냐에 달려있습니다.
• 본 모듈은 열을 IC밖으로 배출하도록 디자인 되었지만 코일당 약 1A이상을 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.

• 크기: 0.7″ × 1.4″, 무게: 3.3g

• Allegro A4988 stepper motor driver datasheet (380k pdf)
• Heatsinking an A4988/A4983 stepper motor driver carrier

질문) 3.9V, 600mA bipolar 스텝모터를 제어하고 싶습니다만 A4988 스텝모터 드라이버는 최소 동작전압이 8V입니다. 스텝모터를 망가트리지 않고 이 드라이버를 사용할 수 있나요?

예 사용할 수 있습니다. 스텝모터가 망가지는 것을 방지하기 위해서는 모터의 등급 전류인 600mA가 넘어가는 것을 방지하면 됩니다. A4988 스텝모터 드라이버는 최대 전류를 제한 할 수 있습니다. 모터의 전류 등급 아래로 전류제한값을 설정하면, 전압은 등급전압을 초과할 지라도, 모터의 스펙 이내에 들어가게 됩니다. 모터의 전압등급은 단지 각각의 모터 코일이 스펙상의 전류등급을 사용할 때의 전압이므로, 스텝모터의 코일은 600mA를 3.9V에서 소비하게 됩니다. 이렇게 전류제한을 이용하여 좀더 높은 전압을 사용하게 되면, 전류를 좀더 빠르게 보낼수 있어 좀더 높은 스텝율을 얻을 수 있습니다.

만약 어떤 이유로 8V 이하의 낮은 모터전원을 이용해야 한다면 DRV8834 저전압 스텝모터 드라이버의 사용을 대신 고려하십시오.

질문) A4988 스텝모터 드라이버가 과열되고 있지만 전원은 코일당 1A 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 류를 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 A4988모터 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. A4988은 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. A4988으로 이 모터를 제어하기 위해서는 스텝모터의 A리드와 드라이버 보드의 출력 1A를, 스텝모터 리드 C는 보드의 1B, 스텝모터 리드B는 보드의 출력 2A, 스텝모터 리드 D는 보드출력 2B에 연결합니다. 좀더 자세한 내용은 A4988데이터 쉬트를 참고 바랍니다.

만약 아래와 같은 6선 unipolar 스텝모터를 가지고 있다면

Two-phase unipolar stepper motor with six leads.

A4988에 bipolar모터처럼 연결이 가능합니다. 위에서 언급한 bipolar 모터 연결법 처럼 연결하고 스텝모터의 A', B' 리드는 연결하지 않고 남겨둡니다. 이 리드선들은 두개의 코일사이의 중간부분으로 bipolar 작작에서는 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 A4988은 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 보드1A에, 모터 A'와 C를 보드1B에, 모터 B와 D'를 보드 2A에, 모터B'와 D를 보드 2B에 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)