用于Grbl控制器的A4988驱动程序

PCB图如下：


 

成分

描述

用于 Grbl 控制器的 A4988 驱动程序

 A4988步进电机驱动器托架是原始 A4988 步进电机驱动器托架的高性能替代品。它采用四层 PCB 以提供更好的热性能，使 A4988 微步进双极步进电机驱动器比我们的两层（绿色）版本提供大约 20% 的电流。

Like our original carrier, the Black Edition offers adjustable current limiting, over-current and over-temperature protection, and five different microstep resolutions. It operates from 8 V to 35 V and can deliver up to 2 A per coil with sufficient additional cooling. This board ships with 0.1″ male header pins included but not soldered in.

 A4988 DMOS Microstepping Driver with Translator and Overcurrent Protection; we therefore recommend careful reading of the A4988 datasheet (1MB pdf) before using this product. This stepper motor driver lets you control one bipolar stepper motor at up to 2 A output current per coil (see the Power Dissipation Considerations section below for more information). Here are some of the driver’s key features:

Simple step and direction control interface

五种不同的步进分辨率：全步进、半步进、四分之一步进、八步进和十六步进

可调电流控制可让您使用电位计设置最大电流输出，从而使您可以使用高于步进电机额定电压的电压来实现更高的步进速率

智能斩波控制，自动选择正确的电流衰减模式（快衰减或慢衰减）

过温热关断、欠压锁定和交叉电流保护

对地短路和负载短路保护

4 层 2 盎司铜 PCB，用于改善散热

PCB 底部驱动 IC 下方的裸露可焊接地焊盘

该产品随附所有表面贴装组件（包括 A4988 驱动器 IC），如产品图片所示安装。

本产品单独包装发货，包括但未焊接的 0.1 英寸公头针；我们还提供带有已焊接公头针的版本。对于对以更低单位成本实现更高产量感兴趣的客户，我们提供不带头针的散装版本和安装了头针的散装版本。

Black Edition 具有与我们的 A4988 步进电机驱动器载体相同的组件布局和引脚排列，因此它可以在为我们的原始驱动器设计的应用中用作更高性能的直接替代品。Black Edition 通过其四层印刷电路板 (PCB) 实现了更高的性能，这可以更好地从 A4988 驱动器中吸收热量——而我们的原始载体可以在全步模式下每相提供高达约 1 A 的电流而不会产生热量水槽或气流，黑色版在相同条件下可提供高达约 1.2 A 的电流。

请注意，我们携带了其他几个步进电机驱动器，可用作此模块的替代品（以及许多应用中的直接替代品）：

MP6500 载体可在不使用散热器的情况下每相（连续）提供高达 1.5 A 的电流，并提供两种版本，一种带有用于控制电流限制的电位器，另一种带有用于通过微控制器进行动态电流限制调节的数字电流限制控制。

DRV8825 载体可以在更宽的电压范围内提供更多电流，并提供一些附加功能。

DRV8834 载体适用于低至 2.5 V 的电机电源电压，因此适用于低压应用。

DRV8880 载波提供动态可扩展的电流限制和“AutoTune”，可根据电机绕组电阻和电感以及电机的动态速度和负载等因素自动选择每个 PWM 周期的衰减模式以实现最佳电流调节性能。

我们还销售更大版本的 A4988 载体，该载体在主电源输入上具有反向电源保护，并内置 5 V 和 3.3 V 稳压器，无需单独的逻辑和电机电源。

一些单极步进电机（例如，有 6 根或 8 根引线的）可以由该驱动器作为双极步进电机进行控制。有关详细信息，请参阅常见问题。该驱动器不能使用带五根导线的单极电机。

包含的硬件

A4988 步进电机驱动器托架带有一个 1×16 针分离式 0.1" 公头。这些头可以焊接用于无焊面包板或 0.1" 母连接器。您还可以将电机引线和其他连接直接焊接到板上。（也可提供已安装接头的该板版本。）

使用驱动程序

将微控制器连接到 A4988 步进电机驱动器载体（全步模式）的最小接线图。

电源连接

驱动器需要一个逻辑电源电压 (3 – 5.5 V) 连接到 VDD 和 GND 引脚，一个电机电源电压 (8 – 35 V) 连接到 VMOT 和 GND。这些电源应该在靠近电路板的地方有适当的去耦电容器，并且它们应该能够提供预期的电流（电机电源的峰值高达 4 A）。

警告：此载板使用低 ESR 陶瓷电容器，这使其容易受到破坏性 LC 电压尖峰的影响，尤其是在使用长度超过几英寸的电源线时。在适当的条件下，这些尖峰可能会超过 A4988 的 35 V 最大额定电压并永久损坏电路板，即使电机电源电压低至 12 V。保护驱动器免受此类尖峰影响的一种方法是放置一个电机电源 (VMOT) 上的大型（至少 47 μF）电解电容和靠近电路板的接地点。

电机连接

四线、六线、八线步进电机如果连接正确，可以由A4988驱动；常见问题解答详细解释了正确的接线。

警告：在驱动器通电时连接或断开步进电机可能会损坏驱动器。（更一般地说，在通电时重新接线任何东西都是自找麻烦。）

步（和微步）大小

步进电机通常具有适用于全步的步长规格（例如，每转 1.8° 或 200 步）。诸如 A4988 之类的微步进驱动器通过允许中间步进位置来实现更高的分辨率，这是通过用中间电流水平激励线圈来实现的。例如，以四分之一步模式驱动电机将使每转 200 步的电机通过使用四种不同的电流水平每转 800 微步。

分辨率（步长）选择器输入（MS1、MS2 和 MS3）可根据下表从五个步长分辨率中进行选择。MS1 和 MS3 具有内部 100kΩ 下拉电阻，MS2 具有内部 50kΩ 下拉电阻，因此将这三个微步选择引脚断开会导致全步模式。为了使微步模式正常工作，必须将电流限制设置得足够低（见下文），以便启用电流限制。否则，中间电流水平将无法正确保持，电机将跳过微步。

MS1MS2MS3微步分辨率LowLowLowFull stepHighLowLowHalf StepLowHighLowQuarter stepHighHighLowEighth stepHighHighHighHigh第十六步

控制输入

STEP 输入的每个脉冲对应于步进电机在 DIR 引脚选择的方向上的一个微步。请注意，STEP 和 DIR 引脚不会在内部被拉至任何特定电压，因此您不应让这些引脚中的任何一个在您的应用程序中悬空。如果您只想单向旋转，可以将 DIR 直接连接到 VCC 或 GND。该芯片具有三种不同的输入来控制其多种电源状态：RST、SLP 和 EN。有关这些电源状态的详细信息，请参阅数据表。请注意 RST 引脚悬空；如果您不使用该引脚，您可以将其连接到 PCB 上相邻的 SLP 引脚，以将其拉高并启用电路板。

电流限制

最大化步进电机性能的一种方法是使用适合您的应用的最高电压。特别是，增加电压通常允许更高的步进速率和步进转矩，因为在每一步之后，线圈中的电流可以更快地变化。但是，为了安全地使用高于步进电机额定电压的电压，必须主动限制线圈电流，以防止其超过电机的额定电流。

A4988支持这种有源限流，板上的微调电位器可以用来设置限流。设置电流限制的一种方法是将驱动器置于全步模式并测量流过单个电机线圈的电流，同时调整电流限制电位器。这应该在电机保持固定位置（即不为 STEP 输入计时）的情况下完成。请注意，您测量的电流仅为实际电流限制设置的 70%，因为在全步模式下两个线圈始终打开并限制在该值，因此如果您稍后启用微步模式，则通过线圈的电流将为能够在某些步骤上超过该测量的全步电流 40% (1/0.7)；使用此方法设置电流限制时请考虑到这一点。还，

注意：线圈电流可能与电源电流有很大差异，因此您不应使用在电源处测量的电流来设置电流限制。放置电流表的合适位置是与步进电机线圈之一串联。

设置电流限制的另一种方法是计算与所需电流限制相对应的参考电压，然后调整电流限制电位器，直到您测量 VREF 引脚上的电压。VREF 引脚电压可通过电路板底部丝印上圈出的过孔访问。电流限制 IMAX 与参考电压的关系如下：

RCS 为电流检测电阻；该板的原始版本使用 0.050 Ω 电流检测电阻器，但我们在 2017 年 1 月改用 0.068 Ω 电流检测电阻器，这使得调节电位器的范围更加有用。下图显示了如何识别您的电路板具有哪些电流检测电阻：

2017 年 1 月推出的原始 50 mΩ 感应电阻器（左）和 68 mΩ 感应电阻器（右）的标识。

因此，例如，如果您想将电流限制设置为 1 A，并且您有一块带有 68 mΩ 检测电阻的电路板，您可以将 VREF 设置为 540 mV。这样做可确保即使通过每个线圈的电流逐级变化，步进电机中的电流矢量的大小仍保持恒定在 1 A：

如果您希望在全步模式下通过每个线圈的电流为 1 A，则需要将电流限制设置为高 40% 或 1.4 A，因为线圈被限制为大约设置电流的 70%全步模式下的限制（上面的等式说明了为什么会这样）。要使用具有 68 mΩ 检测电阻器的电路板执行此操作，您需要将 VREF 设置为 770 mV。

功耗注意事项

A4988 驱动器 IC 的最大额定电流为每个线圈 2 A，但您可以提供的实际电流取决于您保持 IC 冷却的能力。载体的印刷电路板设计用于从 IC 中吸取热量，但要为每个线圈提供大约 1.2 A 以上的电流，需要使用散热器或其他冷却方法（在我们的测试中，我们能够为每个线圈提供大约 1.4 A有来自 PC 风扇的气流，没有散热器）。

在芯片过热之前，该产品可能会变得足够热，足以烫伤您。处理本产品和与其连接的其他组件时要小心。

请注意，测量电源的电流消耗通常不能准确测量线圈电流。由于驱动器的输入电压可能明显高于线圈电压，因此电源上的测量电流可能比线圈电流低很多（驱动器和线圈基本上就像一个开关降压电源）。此外，如果电源电压与电机达到设定电流所需的电压相比非常高，则占空比将非常低，这也会导致平均电流和 RMS 电流之间存在显着差异。

原理图，示意图

A4988步进电机驱动器载体示意图（绿色版和黑色版）。