Dynamische Spannungsversorgung für Schrittmotoren für die Integration imTreiber-IC

Abstract

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer dynamischen Erhöhung der Versorgungsspannung eines Schrittmotors, basierend auf einem Aufwärtswandler, zur Aufrechterhaltung des Drehmoments über einen größeren Drehzahlbereich. Aufgrund der gegen-elektromotorischen Kraft sinkt das Drehmoment von Schrittmotoren bei Verwendung einer niedrigen Versorgungsspannung mit steigender Drehzahl früher als bei Verwendung einer hohen Versorgungsspannung. Diese Arbeit sollte beantworten, inwiefern die Implementierung in einen Schrittmotortreiber-IC eine lohnende Entwicklung wäre. Dazu wurde ein Testaufbau basierend auf einem FPGA entwickelt und auf einem Motorteststand mit herkömmlichen Schrittmotortreibern verglichen. Der neue Ansatz verbessert das Drehmomentverhalten im Vergleich zu einer herkömmlichen Schrittmotorsteuerung signifikant. Dies wird durch eine dynamisch angepasste Versorgungsspannung erreicht.

The maximum torque stepper motors can produce decreases with the increasing speed of the motor because of the back electromotive force. This means that a low supply voltage leads to a decrease of the torque at a lower speed than a higher supply voltage would achieve. The goal of this thesis is to develop a motion system including a dynamic boost converter for increasing the supply voltage of a stepper motor to maintain high torque over a wider speed range. The results should indicate whether the integration of a dynamic voltage supply in a stepper motor driver IC would be a beneficial development. To this end a test setup based on a FPGA was developed and compared to a regular stepper motor driver using a motor torque tester. The results show that using the dynamic voltage supply results in significantly better torque at higher speeds than the regular stepper driver, while using the same low external voltage supply.