Warning: Declaration of bdyssh_menu_titles::start_el(&$output, $item, $depth, $args) should be compatible with Walker_Nav_Menu::start_el(&$output, $item, $depth = 0, $args = Array, $id = 0) in /var/www/jopka/data/www/bdyssh.ru/wp-content/themes/bdyssh/functions.php on line 57
Bdyssh!
Bdyssh! // Бдыщщь!

Russian sounds sexy, %username%!

Доработка контроллера шаговых двигателей на TB6560 / How to fix cheap chinese 4-axis TB6560 Step Motor Driver blue board

При конструировании домашнего станка с ЧПУ, важным узлом является контроллер шаговых двигателей.
Все эти контроллеры (здесь и далее рассматриваем только “домашние”, т.е. дешёвые версии) устроены одинаково. Управляются с LPT-порта, работают от внешнего источника питания 24 В, и содержат несколько (типично 3 или 4) идентичных каналов управления ШД на ИМС TB6560.
Все эти платы сделаны с принципиальными ошибками включения TB6560:

  1. Отсутствуют отдельные “быстрые” силовые высокодобротные блокировочные конденсаторы по каждой из двух фаз.
  2. “Земля” разведена принципиально неверно, силовая “земля” по сути отсутствует вовсе.
  3. Имеющиеся блокировочные конденсаторы высокой ёмкости подключены слишком длинными дорожками (помним и про отсутствие земли), количество их недостаточно (один общий конденсатор на два канала), поэтому толку от них почти нет – ведь на частотах ШИМ они не работают. Но это – наименьшее из трёх зол.

Указанные проблемы приводят к тому, что на быстрых скоростях или больших токах (не превышающих возможности TB6560) ШД начинают выть и резонировать, дёргаться вместо вращения.
Удивительно, но я пару лет пользовался платой в штатном виде и не подозревал, что указанные проблемы связаны с платой! Я думал что проблема в двигателях – ведь о резонансных свойствах их известно. Пока случайно не заметил, что каналы работают по-разному, и дефект не перемещается при замене двигателей между каналами. Дополнительно, даже на низких скоростях движения, шум двигателей, вызванный ШИМом, был “рваный”, с пропусками.

Для устранения данного дефекта потребуются высокодобротные (большие) конденсаторы 1…2,2 мкФ х 63 В (или выше). Я использовал голубые плёночные К73-17, можно использовать красные импортные аналоги. Конденсаторы подпаиваются максимально близко к выводам силового питания TB6560 (между выв. 8 и 10; между выв. 15 и 18). Для этого понадобится просверлить по 2 отв. ø1 с верхней зенковкой ø3 мм у каждой ИМС (см. фото).
Земляное переходное отверстие у выв. 10 усиливается сквозной перемычкой.
После этого от каждого из двух силовых земляных выводов (выв. 10 и 15) отдельным толстым проводом земля проводится до минусового контакта подачи силового питания 24 В. (гальваническая земля между ними уже есть, но как было отмечено, она не годна как силовая).
Силовое дублирование плюсовой цепи, по моему мнению, не требуется.

После доработки контроллер выдаёт чистый звук двигателей и одинаковую безотказную работу всех каналов (в моём случае 4) с увеличившимся моментом и заметно возросшей предельной скоростью (частотой вращения). Также более адекватно стали работать регулировки усилия и отката (имеющимися дип-выключателями на плате в каждом канале).

Данная доработка является обязательной для любых плат, если непосредственно рядом с TB6560 штатно не стоят два больших плёночных конденсатора.

Можно также заметить, что данная доработка может применяться в параллель с другими доработками этих плат, о которых уже много написано. При этом данная доработка должна проводиться в первую очередь.

When you build your first DIY CNC machine, you will always need to find (or DIY) some sort of step controller for your step motors. Currently controllers are become very cheap, so DIY is most times not a case. And cheapest ones are new versions of Chinese (widely known as “blue”) boards, typically 3 or 4 channels, and they all work similar and uses LPT port, 24 V supply and some TB6560 ICs. (here and after, as “controller” i mean “cheapest possible controller”).

But you should know that all these boards was developed essentially incorrectly and has wrong TB6560 connections and schematic (while for low or slow currents, “galvanic” schematic is correct):

  1. Absence of fast, high-Q, big (physically) blocking individual capacitors across each of two separate phase of driver.
  2. Ground plane show huge discontinuity, and insanely mixed with low-current side, so for high pulse PWM currents, it is not useable at all. Really it is even not a plane. It is PCAD’s “Copper pour”, punctured by multiple non-ground elements.
  3. Big polarized capacitors which we see at each channel, connected by very long traces, their quantity only one when need at least two (one individual per phase), and this type of capacitor just not work at all on PWM frequency. (And remember about insanely bad ground, so they are even less useful).

The mentioned bugs leads to lost steps, cacophonic sound, low torque, and most noticeable is the motors can’t reach high speed. It looks like the resonance in motors. I use this board for two years before i find that it is not motor resonances, but controller bugs!

So we definetely need to fix it. First, you obtain physically big, high-Q, film capacitors around 1…2,2 uF by 63 v or more (typically pillow-shape “red” ones), two pcs. per channel. (Please see TB6560 datasheet for particular schematic). They soldered as close as possible to TB6560 power terminals, separate for each phase (pins 8 & 10; pins 15 & 18). It is need to drill 2 holes ø1 mm with top chamfer ø3 mm as seen on photo.

Ground via near pin 10 should be enforced by soldering through hole wire.

Then, each ground terminal (pin 10, pin 15) connected by thick wire to input 24V negative terminal. You may note that it is already galvanically connected, but that connection is not high-current nor high-speed.

I think that you may not do same wires for positive terminals, but if you do, this is not an error (but note that there is diode in series of each TB6560 high-side power).

After these tricks, the controller issues (via motors) clear sound, not lost steps, increasing torque, and more adequate reaction to DIP-switch settings. But more important that speed now can be insreased twice or more without a resonance.

This work is mandatory for all these boards, when you do not see two big film (non-polarized) capacitors close to each TB6560 IC.

 

[nggallery id=2]

Рис. 1.

Доработка платы контроллера.

 

Fig. 1.

The TB6560 controller board fix. I use blue capacitors because 1) i do not have red’s currently, and 2) these capacitors are of best possible quality, leads are 1 mm in diameter. (If you like this, search at Ebay for k73-17).

 

 

В1. Проводились ли на этой плате другие доработки?

О1. Выведен ШИМ от LPT-разъёма. Других доработок, в часттности по известным статьям о плохой работе оптронов, не проводилось, стоят штатные PC817. Но в идеале вообще не должно быть оптической или иной развязки.

Q1. Does your board have other improvements/fixes?

A1. No, except maybe one PWM wire from LPT port to output connector. Widely available instructions about bad optocouplers work, was not applied to this board. Board uses PC817’s as it was out-of-box. But ideally we should not have any (opto-)isolation at LPT wires.

Why i think it is not an optocoupler problem? Because my X axis before fix was working much better than Y, Z & A axis. Here also reported about same behavior (X axis works better). The reason for that is X driver nearest to input 24V terminals, and ground path much shorter/better for X driver; while optocouplers part is same for all channels.

But i do not say that optocoupler’s part of board should not be modified. Ideally it should. Replace couplers to 74’s type of buffer is good idea. I maybe will try it in future. But then, amount of fixes becomes so big so i not sure what is simpler, fix this Chinese boards, or develop own PCB.

Q2. I still can’t get properly operation of my board. Can you give your Mach3 settings?

A2. I can’t, because i do not use Mach3. I am sorry. I use LinuxCNC. It works out-of-box with this board; only you need is to take its DB25 port pinout from board’s documentation.

LinuxCNC is not only world’s top quality real-time machining software; it also free, has incredible supporting forum, and can do very advanced tasks out-of-box. So, starting from home DIY machine, you can then operate real big production machines in same way.

You will be impressed how precise LinuxCNC works, and i am sure you then just can’t use other CNC software.

 

end

Keywords:

3 axis, 4 axis, axis, blue, board, capacitor, china, chinese, cnc, controller, fail, failure, fix, ground, increase, insane, lost, LPT, motor, not work, power, repair, resonance, resonant, rotation, RPM, sleeve, solder, sound, speed, step, steps, TB6560, torque, wire, wrong,