家庭式3d打印机步进电机驱动的分析

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1、家庭式3D打印机步进电机驱动的分析ok3)技术,使用材料为热塑性塑料、共晶系统金属以及可食用材料,基于FDM技术的3D打印机,根据软件预设的坐标加热纤维并挤压半液态的热塑性塑料,自下而上逐层打印零件。FDM技术在打印过程中不使用任何化学物质或粉状物质,不仅环保,还可以便捷被办公室或家庭使用。二、3D打印机内部分析普通3D打印机主要包括三部分,电子部分:系统板、主板、电机驱动板、加热管、热电偶(或者热敏电阻)、热床;机械部分:步进电机、支架、同步轮、同步带等;软件部分:固件、上位机程序、烧录软件。图1为FDM3D打印机的外观机构图。(1底座,2平台,3穿孔板,4喷嘴,5喷头,6丝材管

2、,7滚轮轴,8打印材料,9指示灯,10初始化按钮)器械部分作为3D打印的重要部分,电子部分控制其更好地进行打印操作。而排除老生常谈的主控部分,步进驱动器仍是众多技术人员的关注点,尤其是作为3D打印机的一部分,步进驱动器还主要控制打印机主体步进电机。步进驱动是一种能使步进电机运转的功率放大器,能把控制器发来的脉冲信号转化为步进电机的角位移,电机的转速与脉冲频率成正比,所以控制脉冲频率可以精确调速,控制脉冲数就可以精确定位。目前,主流的3D打印机都是使用细分驱动技术,采用细分驱动技术可以大大提高步进电机的步矩分辨率,减小转矩波动,避免低频共振及降低运行噪声,进而使3D打印机降低噪声。细

3、分驱动技术是一种电流波形控制技术,其基本思想是控制每相绕组电流的波形,使其阶梯上升或下降,即在0和最大值之间给出多个稳定的中间状态,定子磁场的旋转过程中也就有了多个稳定的中间状态[1][2][3]下一页ok3――细分数。步进电机一定时,供给驱动器的电压值对电机性能影响大,电压越高,步进电机能产生的力矩越大,越有利于需要高速应用的场合(例如3D打印所需高速环境),但电机的发热随着电压、电流的增加而加大,所以要注意电机的温度不能超过最大限值。针对家庭用的3D打印机,一款适合的驱动可以更好地配合电机,以及平衡噪声及热量。适合3D打印电机驱动的东芝步进电机驱动在国内,仍有部分人对“细分”还

4、不是特别了解,细分不仅是为了提高精度,其主要是改善电机的运行性能,现说明如下:步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的,以二相电机为例,假如电机的额定相电流为3A,如果使用常规驱动器(如常用的恒流斩波方式)驱动该电机,电机每运行一步,其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0,相电流的巨大变化,必然会引起电机运行的振动和噪声。如果使用细分驱动器,在10细分的状态下驱动该电机,电机每运行一微步,其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A,且电流是以正弦曲线规律变化,这样就大大的改善了电机的振动和噪声。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流,所以对驱动器要有相当高的

5、技术要求和工艺要求,成本亦会较高。所以针对国内很多3D打印机厂商,一款符合技术要求又保持性价比的产品极其重要。本文主要介绍针对家庭使用的3D打印机,所以无论从精度,还是从电流以及价格等因素而言,都需要更符合该定位并且能够尽量减小噪声同时不会有热量负担的芯片。TB62269FTG和TB67S109FTG/FNG这两款产品由于其电路搭载匹配度、电流幅度以及性价比等原因,目前均已被国内众多3D打印机厂商所使用。TB62269FTG与TB67S109FTG/FNG在不同条件下的电流波形较为类似,TB62269FTG输出电压40V,输出电流1.8A,而TB67S109FTG/FNG则具有更高

6、输出电压50V及更高输出电流4A。对于精度需求较高的3D打印机,TB67S109FTG/FNG是更好的选择。TB62269FTG是一种使用P斩波器的二相双极步进电动机驱动器,采用双扩散金属氧化物半导体工艺制作,额定值为40V/1.8A,内部稳压器可用一种独立式VM电源对电动机进行控制。其特点可实现对单芯片双极步进电动机的驱动控制;属于P控制恒定电流驱动;允许全步,半步和1/4,1/8,1/16,1/32步进分辨率;重量为0.14g(典型值);采用BiCD工艺制作的输出三极管低导通电阻;过热关机(TSD),过流关机(ISD);VM电源上电从启(POR);内置调节器使得TB62269F

7、TG系统只需VM电源即可运行;能够通过外部电阻/电容器定制P信号频率;封装TB62269FTG:(P-斩波器的两相双极步进电机驱动器,内置时钟解码器。其采用BiCD工艺制作,额定值为50V/4.OA,能够控制1台双极步进电机;重量0.IOg(典型值),由P控制的恒流驱动,允许全步、半步、1/4、1/8、1/16、1/32步运行;低导通电阻(高+低侧=0.49(典型值))MOSFET输出级;高效率电机电流控制机构(高级动态混合衰减),具有高电压与电流,具有错误检测(TS