STEPPING MOTOR

(1) 스테핑 모터의 종류 및 동작 원리

스텝핑 모터는 크게 두가지로 구분될 수 있다.

첫번째 것은 회전자가 영구자석으로된 것을 PM(permanent magnet)형이라하고

두번째로 회전자의 단면이 톱니 모양으로된 것을 VR(variable reluctance)형이라고 한다.

일반적으로는 VR+PM의 혼합형이 가장 많다.

그림 1은 PM형 스테핑 모터이다. 그림 1(a)와 같이 S1을 On시켜서 □1의 코일에 전류를 흘려주면 고정자의 아랫부분이 N극으로 여자되고, 따라서 회전자의 S극이 자성에 의해 끌려 시계 방향 90도만큼 회전하고 정지한다.

다시 그림 1(b)에서와 같이 S2를 On시켜서 □2 코일에 전류를 흘려주면 회전자의 극은 또 다시 같은 방향으로 90도 만큼 회전하고 정지하게 된다. 마찬가지로 계속해서 코일 □3, □4에 차례대로 전류를 흘려주면 회전자는 한 스텝씩(이 경우는 단순히 90도) 돌아가게 되는 것이다.

그림 1(a) 단순 스테핑 모터(□1)   그림 1(b) 단순 스테핑 모터(□2)

다음 그림의 VR형에 있어서 한 스텝의 간격은 회전자의 톱니 수가 많아지면 줄어든다. 그림2는 □1∼□3의 3상 스테핑 모터인데, 원둘레에 3조의 코일이 배치되어 있다. 상이라는 것은 몇 조의 코일을 가지고 있는가에 달려있고 스텝각은 모터의 상 수와 톱니 수에 관계가 있으며, 그 관계는

스텝각 = 360°/ (상 수 × 회전자의 톱니 수)  이다.

.그림 2. VR형 3상 스테핑 모터

(2) 톱니 수 50개인 4상 VR형 스테핑 모터의 스텝각은

[eqn: 360 over 4*50 = 1.8]o

(3) 상 여자 방식을 채택하였을 때의 장단점 비교

여자방식이란 한번에 2개 이상의 코일에 전류가 흐르도록 하는 방식을 말한다.

그 중 1상 여자 방식은 1상의 코일만 순서에 따라 여자시키는 방법으로 회전자가 정지하는 위치는 고정자와 회전자의 이가 일치하는 위치가 된다.

2상 여자 방식은 2상의 코일을 순서에 따라 여자시키는 방법으로 회전자가 정지하는 위치는 조정자의 이와 이 사이에 위치하므로 0.5 스텝의 어긋남이 발생하며 정지 직전의 진동이 적고 1상에 비해 2배의 토크를 낼 수 있는 장점이 있다.

1-2상 여자 방식은 위의 둘을 조합한 방식으로 1상 여자 방식의 안정점과 2상 여자 방식의 안정점을 번갈아 거치므로 스테핑 모터의 축이 한바퀴 회전하기 위해서 펄스의 수가 2배가되므로 정도도 좋아져 고분해능력을 요구하는 제어에 사용된다.

(4) 스테핑 모터 콘트롤러 L297의 기능

L297은 스테핑 모터 콘트롤러 IC로 2상 바이폴라 방법을 위한 4상 드라이버 신호, 4상 유니폴라 드라이버 신호를 발생할 수 있다.

L297의 특징은 다음과 같다.

① 1상, 1-2상, 2상 여자 방식이 가능한 구동 신호 발생

② Half/Full 스텝 모드 선택기능

③ 시계/반시계 방향 회전 제어

④ 스위치 모드 부하 전류 레귤레이션

⑤ 부하 전류 프로그래밍 기능

⑥ 리셋 입력과 홈 출력 기능

⑦ Enable 입력 신호 기능

(5) 스테핑 모터 드라이버 SLA7024M의 기능

스테핑 모터 드라이버 SLA7024M은 전류 소모량을 줄이고 회로를 간단히 해주는 장점이 있다. 다음 표는 SLA7024M의 정격을 나타낸 표이다.

절대최대정격		SLA7024M
정격 전압(V)	Vcc	46
FET 출력 내압(V)	VDS	100
콘트롤 전원 전압(V)	VS	46
TTL 입력 전압(V)	VIN	7
기준 전압(V)	VREF	2
출력 전류(A)	Io	1.5
허용 손실(W)	Pd	4.5

(1) 실험 예습 1: 스테핑 모터

◑ 스테핑 모터의 정격 값을 조사하라.

모델명	TS3212N27
스텝각	1.8°
전압	4 [V/phase]
전류	1 [A/phase]
홀딩 토크	1800 [g-cm]
모터 길이	38.5 [mm]
여자 방식	Unipolar 방식

TS3212N27의 정격사양

◑ 스테핑 모터의 외부 단자의 개수와 기능을 확인하라.

2번과 5번은 센터 탭이며, 1,3,4,6은 여자 코일 부분으로서, IC의 출력 단자와 연결한다.

(2) 실험 예습 2: 스테핑 모터 콘트롤러 L297

◑ 콘트롤러 L297의 핀에 대해 조사하라.

1번핀: [SYNC] 온 칩 초퍼 오실레이터의 출력. 여러 개의 L297을 사용할 경우 SYNC핀을

같이 연결하여야 하고 OSC단자는 사용하지 않는다. 외부 클럭 단자를 사용하려면

이 핀에 클럭을 연결하여야 한다.

2번핀: [GND] 접지핀(Ground)

3번핀: [HOME] L297이 초기 상태(ACBD=0101)에 있다는 것을 외부에 알리는 오픈 콜렉터

출력

4,6,7,9번핀: [A,B,C,D] 모터 A, B, C, D 상 드라이브 신호

5번핀: [[eqn: {bar \INH1 }`]] A, B 상의 드라이브를 금지하는 출력 신호(액티브 Low)

8번핀: [[eqn: {bar \INH2 }`]] C, D 상의 드라이브를 금지하는 출력 신호(액티브 Low)

10번핀: [ENABLE] 칩 인에이블 입력(액티브 High)

11번핀: [CONTROL] 초퍼 동작을 정의하는 컨트롤 입력(액티브 High)

12번핀: [Vs] +5V 전원

13번핀: [SENS2] C, D 상에서 전압을 감지하기 위한 부하 전류에 대한 입력

14번핀: [SENS1] A, B 상에서 전압을 감지하기 위한 부하 전류에 대한 입력

15번핀: [Vref] 초퍼 회로에 대한 기준 전원. 이 핀에 공급되는 전압이 피크 부하전류를

결정한다.

16번핀: [OSC] 이 핀에 연결되는 RC회로가 초퍼 레이트(rate)를 결정한다. 여러 개의

L297 IC를 사용할 때는 그라운드에 연결한다. (f≒1/0.69RC, R>10[K□])

17번핀: [CW/[eqn: {bar \CCW}`]] 시계 방향/ 반 시계 방향을 제어하는 입력. 모터의 물리적인 방향

은 모터의 권선 연결에 의존한다. 내부적으로 동기되기 때문에 방향은 언제든지

변경할 수 있다.

18번핀: [[eqn: {bar \CLOCK}`]] 스텝 클럭 입력. 이 핀에 액티브 Low의 펄스를 가하면 모터는 한

스텝 증가한다. 스텝은 이 신호의 상승 모서리에서 발생한다.

19번핀: [HALF/[eqn: {bar \FULL}`]] 반 스텝/한 스텝의 선택 입력

20번핀: [[eqn: {bar \RESET}`]] 리셋 입력. 리셋이 되면 홈 위치(ABCD=0101)가 된다.

◑ L297 IC의 전류 전압 특성 및 정격을 조사하라.

절대 최대 정격		L297
공급 전압(V)	Vs	10
입력 신호(V)	Vi	7
총 전력 손실(W)	Ptot	1
저장 및 접합온도(□C)	Tstg	-40~150

(3) 실험 예습 3: 스테핑 모터 드라이버 SLA7024M

◑ 드라이버 SLA7024M의 핀에 대해 조사하라.

◑ SLA7024M의 전류 전압 특성 및 정격을 조사하라.

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS at T A = +25□C

Load Supply Voltage, V BB   . . . . . . . . . 46 V

FET Output Voltage, V DS   . . . . . . . . . 100 V

Control Supply Voltage, V CC  . . . . . . . . 46 V

Peak Output Current, I OUTM (t w □ 100 ms) . 3.0 A

Continuous Output Current, I OUT . . . . . . 1.5 A

Input Voltage Range, V IN  . . . .-0.3 V to 7.0 V

Reference Voltage, V REF . . . . . . . . . . 2.0 V

Junction Temperature, T J . . . . . . . . . +150□C

Operating Temperature Range, T A  . -20□C to +85□C

Storage Temperature Range, T. . . -40□C to +150□C