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Controlar un motor paso a paso unipolar no es cosa difícil, consiste en una secuencia bien controlada de tensiones a las entradas del motor. 
Este tipo de motores tienen muchas utilidades, aunque la placa que aquí se presenta tiene como objetivo controlar un motor paso a paso para una fresadora CNC de un tamaño no excesivamente grande. Para ser un poco más específicos, motores de hasta ≈1A por fase.
Controladores para este tipo de motores hay muchos. Casi todos usan un microcontrolador para la secuencia de pulsos. Normalmente el mayor reto es limitar la corriente que pasa por los bobinados del motor, con objeto de no quemarlo. El método es muy variado. Algunos circuitos limitan la corriente con una resistencia de potencia, lo cual deja poco margen para ajustes, otros hacen uso de la técnica PWM (modulación de ancho de pulso o chopeo que también lo he visto escrito), que consiste en regular la intensidad media modificando la simetría de los pulsos (duty) de conexión / desconexión. Este método es el ideal para motores grandes y con necesidad de exprimir al máximo el torque.
Aunque no tengo nada contra estos tipos de controlador, cada uno tiene sus ventajas y desventajas, y podemos diseñarlo de otra forma. Podemos ver el esquema y PCB de una controladora que utiliza sólo transistores además del microcontrolador y un pequeño potenciómetro para manejar la corriente máxima que pasa por los motores.
El funcionamiento es sencillo, los costes de fabricación y ajuste bajos, y los componentes, fácilmente intercambiables y localizables.
El método que se usa para regular la corriente que pasa por los motores se basa en variar la tensión de puerta de los transistores de potencia. (MOSFETs en este caso) Aquí sólo hay entradas discretas, o la tensión está a cero o está a un valor Vx. Del funcionamiento básico de un transistor se deduce que a más tensión en la puerta (o base si es un transistor BJT), más corriente dejará pasar por el motor.Esto es precisamente lo que hace el conjunto de transistores de pequeña señal y el potenciómetro, varían la tensión máxima con la que se excitarán las puertas de los transistores de potencia.
El resultado es una controladora sencilla, barata, modificable fácilmente. La única pega es que reduciendo en exceso la tensión de excitación de puerta, se pierde velocidad de conmutación en los MOSFETs (Los transistores de potencia), pero para los motores paso a paso de menos de 1A, no es perceptible.
Aquí presentamos el esquema de montaje y la PCB. El software del microcontrolador (PIC16F84A) está disponible en la web de TurboCNC. La alimentación es de +5 y +12V. Una posibilidad es usar una fuente de alimentación de ordenador, ya que da corriente suficiente para mover motores paso a paso de varios amperios por fase. El esquema es para un sólo motor, para controlar 3 eje, habría que montar 3 idénticas.
Fig.1 Esquema eléctrico del controlador. Descargar en pdf AQUI.
Hay varias secuencias de excitación para un motor paso a paso unipolar. Las tres más comunes, modo normal, wavedrive y half-step (medio paso) son así:
| Motor paso a paso UNIPOLAR | ||||
| Secuencia de activación NORMAL | ||||
| Paso | Terminales | |||
| A | B | C | D | |
| 1 | ON | ON | OFF | OFF |
| 2 | OFF | ON | ON | OFF |
| 3 | OFF | OFF | ON | ON |
| 4 | ON | OFF | OFF | ON |
| 5 | ON | ON | OFF | OFF |
| 6 | OFF | ON | ON | OFF |
| 7 | OFF | OFF | ON | ON |
| 8 | ON | OFF | OFF | ON |
| … | … | |||
| Motor paso a paso UNIPOLAR | ||||
| Secuencia de activación WAVEDRIVE | ||||
| Paso | Terminales | |||
| A | B | C | D | |
| 1 | ON | OFF | OFF | OFF |
| 2 | OFF | ON | OFF | OFF |
| 3 | OFF | OFF | ON | OFF |
| 4 | OFF | OFF | OFF | ON |
| 5 | ON | OFF | OFF | OFF |
| 6 | OFF | ON | OFF | OFF |
| 7 | OFF | OFF | ON | OFF |
| 8 | OFF | OFF | OFF | ON |
| … | … | |||
| Motor paso a paso UNIPOLAR | ||||
| Secuencia de activación HALF-STEP (medio paso) | ||||
| Paso | Terminales | |||
| A | B | C | D | |
| 1 | ON | OFF | OFF | OFF |
| 2 | ON | ON | OFF | OFF |
| 3 | OFF | ON | OFF | OFF |
| 4 | OFF | ON | ON | OFF |
| 5 | OFF | OFF | ON | OFF |
| 6 | OFF | OFF | ON | ON |
| 7 | OFF | OFF | OFF | ON |
| 8 | ON | OFF | OFF | ON |
| … | … | |||
Aquí vemos un par de vídeos de la controladora funcionando a modo de demostración. En el primer vídeo se comprueba la velocidad y que no se pierden pasos y en el segundo se regula la corriente que pasa por el motor, para demostrar que para motores de este tamaño y con una adecuada configuración no es necesario utilizar una controladora PWM.
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Y la PCB para montar, que incluye pines para conectar las entradas del motor:
Fig2. PCB de la controladora. Descargar en pdf AQUÍ
Recordar una vez más que el software necesario para el microcontrolador, así como las instrucciones de uso, están disponibles en la página web de TURBOCNC.
[NUEVO] : Aquí podéis descargar una versión propia del software para el microcontrolador 16F88, algo más moderno que el obsoleto 16F84A y con oscilador interno.
