Pololu (Schrittmotortreiber) einstellen

Mal wieder ein wenig Grundlagen. Und diesmal voller Eigennutzen, denn ich brauchte die Information selbst, um etwas zu experimentieren.

Die üblichen Schrittmotortreiber im Bereich 3D-Druck kommen von der Firma Pololu. Es gibt da zum einen den A4988 und zum anderen den DRV8825. Der Letztgenannte hält höhere Ströme aus, wird zudem nicht so heiß und bietet 1/32 Mikrosteps. Bei Neubauten würde ich dazu raten.

Diese Treiberbausteine müssen eingestellt werden, denn die Bausteine und die Schrittmotoren können ja mit einem großen Spannungsbereich betrieben werden. Die Nennspannung des Schrittmotors ist eigentlich völlig uninteressant. Entscheidend ist der Strom, – zumindest, wenn man über einen Schrittmotortreiber steuert. Bei der alten Beschaltung mit H-Bridges war das anders. Aber das nur am Rande. Die Nutzung höherer Spannungen führt letztendlich dazu, dass der Motor wesentlich schneller höhere Drehmomente aufbaut. Der DRV8825 erlaubt Eingangsspannungen von 8,2V bis 45V. Üblicherweise arbeiten wir mit Schaltnetzteilen aus dem PC-Umfeld. Da sind 12Volt üblich.

Weiterer kleiner Exkurs: Neben der präzisen Einstellmöglichkeit mit Mikrosteps, die immerhin statt 200 Steps pro Umdrehung ganze 6400 Steps ermöglicht, bringen Mikrosteps noch den Vorteil des besseren Einschwingverhaltens beim Anfahren einer Position. Die Motoren sind nämlich nicht in der Lage einfach den Punkt genau anzufahren, sondern schwingen sich um den Zielpunkt ein. Die Mikrosteps reduzieren die Schwingungen erheblich.

Die einfache, aber auch völlig unpräzise Art der Einstellung will ich nicht verschweigen:
Zu wenig Strom -> Der Motor hat keine Kraft eine Position anzufahren
Zu viel Strom -> Der Motor „singt“ und wird übermäßig heiß
Diese „Methode der Einstellung“ würde ich aber nicht einmal für das schnelle Experiment vorschlagen.

Jetzt schaue ich mir mal meinen Beispiel-Schrittmotor an. Es ist ein NEMA 17HS5425:

NEMA 17HS5425 Daten

Die für uns entscheidende Formel lautet …
Vref = Imax x (5 x Rs)
Rs ist der auf der Treiberplatine verbaute Widerstand. Der ist laut Datenblatt beim DRV8825 0,1Ohm.
Im Internet findet man in den Foren die Aussage, dass die Einstellung nicht mit dem Maximalstrom sondern mit 70% davon erfolgen soll. Das wäre dann 2,5A x 0,7 = 1,75A.
Damit ergibt sich Vref = 1,75A x 5 x 0,1Ohm=0,875Volt
Wenn die vollen 2,5A gebraucht werden, bekommen wir mit dem DRV8825 übrigens schon Probleme, denn er liefert laut Datenblatt bis zu 2,2A.

Die gleiche Rechnung jetzt noch für den A4988:
Hier ist die Formel etwas anders und lautet …
Vref = Imax x (8 x Rs) mit Rs zu 0,05Ohm. Damit wäre die Referenzspannung 0,7Volt.

Die Referenzspannung kann recht leicht auf dem Motortreiber gemessen werden. Legt man vom Multimeter eine Seite einfach irgendwo auf Masse kann man am Schleifer des Potis auf dem Treiberbaustein die Spannung messen.

Zur Sicherheit noch ein paar Hinweise:
Während Strom auf dem Treiber ist, darf der Schrittmotor keinesfalls abgetrennt werden. Das ist der sichere Tod des Treibers.
Höchste Konzentration ist bei der Messung angebracht. Ein Abrutschen mit der Messspitze kann schnell einen Kurzschluss verursachen.

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