Power up your SDI
and SLP

Diese Anleitung richtet sich an alle MTS3-SDI Besitzer, die über eine 500 mA Version verfügen. Diese Variante der SDI wurde vor dem 01.03.2004 verkauft. Aber auch die MTS-SLP Eigner können in den Genuss dieser "Aufrüstung" kommen. Die einzige - hierfür relevante - Einschränkung der SLP ist der fehlende MicroStep. Dieser macht allerdings nur für die Nachführung mit niedriger Übersetzung Sinn, da die Steuerungen höhere Motorgeschwindigkeiten im Vollschrittmodus abhandeln.

Wer seine Montierung mit neuen Motoren ausstatten will, wird feststellen dass diese in der Regel einen wesentlich höheren Strombedarf haben als die Originalmotoren. Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, habe ich darüber nachgedacht ob man die Steuerung aufrüsten kann.

Mein besonderer Dank gilt dabei dem Hersteller Sigurd Boxdörfer der mich tatkräftig unterstützt hat. Hier gab es Support allererster Güte und das für ein Produkt, das in dieser Form ja nicht mehr auf dem Markt ist. Kein "kaufen Sie sich doch die neueste Version" oder "das ist Firmengeheimnis", sondern Unterstützung pur.

Die neue Variante der SDI entspricht im großen und ganzen dem Vorgänger. Um den Strom auf 1 A steigern zu können, bedurfte es neuer Treiberchips. Der L 6204 wurde durch den L 6205 ersetzt. Ein Austausch der Chips ist leider nicht ohne weiteres möglich, da diese nicht Pinkompatibel sind. Daher hat die neue SDI Variante ein etwas anderes Platinenlayout.

Nach folgender Anleitung könnt ihr euren Motoren mehr Strom spendieren. Diese werden sich mit mehr Drehmoment bedanken.

Wer sich in der Elektronikbastelei nicht so gut auskennt, oder auch noch nie einen Lötkolben gehalten hat, sollte die Finger davon lassen und nur noch der Information halber weiter lesen. Trotzdem könnt ihr natürlich in den Genuss dieser Modifikation kommen. Besorgt euch die Teile und fragt z.B. bei Radio- und Fernsehtechnikern nach. Ein kundenfreundliches Unternehmen wird diese Arbeiten sicher übernehmen. Ich habe mich mal hier in Bremen umgesehen um mal einen Preis für eine derartige Arbeit zu bekommen. Zwei Fernsehhäuser unserer Stadt konnten mit dem Begriff Schrittmotor überhaupt nichts anfangen und wollten auch nach einer Erklärung partout keine Hand anlegen. Erst dass dritte Unternehmen erklärte sich bereit. Der Umbau hätte ca. 50 Eurotaler gekostet.

Nun wieder zurück zur Bastelei. Wir wollen uns die Kohle ja sparen. Es geht darum je einen L 6204 auf die bereits vorhandenen huckepack aufzulöten. Die Bilder können durch anklicken vergrößert werden.

Bitte lest erst den ganzen Artikel bevor ihr loslegt!!!!

Bei den L 6204 ICs handelt es sich um die beiden rot markierten ICs. Der rote Punkt markiert gleichzeitig eine kleine Aussparung des IC. Diese zeigt die Einbaurichtung an und sollte daher Beachtung finden.

Zuerst stellen wir sicher, dass unser Arbeitsplatz so weit wie möglich antistatisch ist. Die MTS ist zwar relativ unempfindlich, aber "Vorsicht ist die Mutter der Porzellankiste". Als Behelfslösung kann man sich eine Verlängerungsleitung mit Schutzkontakt an seinen Arbeitsplatz legen. Diesen Schutzkontakt (Klammer, die aus der Steckdose ragt - nicht in die Löcher fassen) sollte man dann einfach öfter berühren um sich ggf. zu entladen.. Wer das nicht mag, kann auch an seiner Heizung ein kleines Stück blank schmirgeln und dieses berühren, denn auch die Heizung ist mit dem Potentialausgleich des Hauses verbunden.

Jetzt wird mit einem Chipausziehwerkzeug der Prozessor Atmel T89C51RD2 (großer schwarzer Käfer mit weißem Aufkleber) entfernt. Wer über ein solches Werkzeug nicht verfügt, hebelt vorsichtig mit einem Schraubendreher. Vorsicht mit den IC Beinchen. Der Prozessor wird nun in einer Antistatiktüte aufbewahrt - diese haben wir ja mit den neuen ICs bekommen. Jetzt kann der Lötkolben vorgeheizt werden. Für dass Löten der ICs gibt es verschiedene Vorgehensweisen. In allen Fällen wird der VCP Pin (11) der oberen ICs nicht verlötet - er muss isoliert bleiben.

Datenblatt des L 6204 (PDF)

Methode 1:  Die IC Beinchen besitzen einen oberen dicken und einen unteren schmalen Teil. Der schmale Teil wird abgekniffen. Anschließend werden die ICs übereinander gesetzt und verlötet. Diese Sache ist nur etwas für Cracks mit spitzer Lötnadel und ruhigen Fingern. Ansonsten könnte es mehr in "Braten" als in Löten ausarten.

Methode 2: Die vorhandenen ICs werden ausgelötet. Anschließend werden die neuen ICs aufgelötet und die IC-Packs wieder in die Schaltung eingesetzt. Hierbei besteht die Gefahr ein IC beim Auslöten durch zuviel Hitze zu zerstören, bzw. die Platine zu schädigen. Das sollte man also auch schon einmal gemacht haben.

Methode 3: Ist die sicherste Methode für den ungeübten Löter - leider ist sie etwas teurer, da vier ICs anstatt zwei benötigt werden. Zuerst kneift man mittels einem kleinen Elektronik-Saitenschneider die Beinchen der eingelöteten ICs ab. Nachdem dass IC entfernt wurde kann man nun gefahrlos die verbliebenen Beinchen auslöten indem man sie mit einer Pinzette zieht. Die Lötaugen werden mit einer Entlötpumpe gereinigt. Falls dies nicht auf Anhieb gelingt, werden die "Löcher" neu verzinnt und danach erst erneut mit der Entlötpumpe behandelt. Nun werden die neuen ICs zu zwei Packs verlötet und anschließend wieder in die Schaltung eingesetzt. Auf die Einbaurichtung der ICs achten.

Wer seine SDI in ein geräumiges Gehäuse gesetzt hat - wie z.B. bei der DeinoStar - kann die ICs evtl. Sockeln. Beim Originalgehäuse bekommt ihr allerdings dann die "Tür" nicht mehr zu

So sollte das dann in etwa aussehen, achtet auf den markierten Pin - er bleibt isoliert.

Zwischen den ICs untereinander und auch zur Platine hin sollte ein möglichst großer Abstand zu finden sein damit die Luft zirkulieren kann. Als obere Höhenbegrenzung könnt ihr den Pfostenstecker der Platine nehmen - höher darf es nicht werden.

Es folgt Teil 2. Um die Stromspitzen zu mindern wird ein Elektrolytkondensator eingelötet.

Dieser wird wird auf der anderen Platinenseite gegenüber des äußeren L 6204 in die vorhandenen Lötaugen eingelötet. Auf dem Bild ist + oben und - unten. Wer die ICs nicht ausgelötet hat, verlötet den Kondensator von dieser Seite.

 Nach Abschluss der Arbeiten, sollte die SDI dann so aussehen:

Nun kann die Steuerung zurück in ihr Häuschen.

Die benötigten Teile:
Treiber IC für Schrittmotoren L 6204 (2 oder 4 Stück je nach Methode) erhältlich z.B. bei RS-Components
1 Elektrolytkondensator LOW-ESR (100-220µF) gibt es je nach Güte z.B. bei Farnell oder RS-Components.

Der Elektrolytkondensator sollte kein 08/15 Bauteil von Reichelt oder Conrad sein. Zum Vergleich hier einmal die Spezifikation des Herstellers für Perfektionisten: Elko; low-esr; 220µF; 50 Volt; 0.046 Ohm ESR bei 20° bzw. 0.14 Ohm ESR bei -10°; 1190mA Ripplestrom bei 105°, jeweils bei 100kHz. Maximale Abmessungen: Durchmesser 8 (8,3)mm, Länge 20mm.

Die modifizierte SDI können wir jetzt durch die halbierte Verlustleistungsbelastung der ICs mit dem 1,4 fachen belasten, d.h. mit 700 mA pro Phase. Dieser Wert ist aber nur ein grober Richtwert. Es darf auch gerne mehr probiert werden. Im schlimmsten Fall schaltet sich die SDI ab - kaputt geht nichts!!!! Wer es auf die Spitze treiben will, kann die SDI auch noch Zwangsbelüften.

Bei der Berechnung des Phasenstromes muss nun der geringere Schaltungswiderstand Berücksichtigung finden. Ein Beispiel:

Die Versorgungsspannung der SDI z.B.:             24V
Der Wicklungswiderstand des Steppermotors:    6 Ohm
Angenommener Schaltungsinnenwiderstand:        1,6 Ohm
Maximal zulässiger Strom pro Wicklung:             0,7 Ampere

Bestimmung des theoretischen Motorstromes:
24 V / (6 Ohm + 1,6 Ohm) = 3,16 Ampere

Einstellung der Strombegrenzung durch PulsWeitenModulation
PWM = 0,7 Ampere / 3,16 Ampere = 0,222 = 22,2  (%)
Dieser Wert ist nun im Konfigurationsfile unter RApwm / DEpwm einzutragen.

Je schneller der Motor drehen soll, desto höher muss die Frequenz sein mit der er angesteuert wird. Bei hohen Frequenzen gibt es einen Stromverdrängungseffekt (Skineffekt). Dieser hat zur Folge, dass der Strom immer mehr zur Oberfläche des Leiters gedrückt wird. Dadurch sinkt der effektive Querschnitt und der Widerstand steigt an. Als Ergebnis sinkt der Strom. Es handelt sich also um eine natürliche Strombegrenzung die wir in den Einstellungen berücksichtigen können.

Die PWM begrenzt uns auch dann den Strom, wenn es aufgrund der natürlichen Strombegrenzung gar nicht mehr nötig ist. Das kann zu einem deutlichen Leistungseinbruch führen. Aus diesem Grunde kann man die PWM mittels Angabe einer Grenzfrequenz abstellen. Oberhalb dieser Grenze wirkt PWM dann nicht mehr. Im Konfigurationsfile steht dieser Wert unter RaLimit / DeLimit. Einen brauchbaren Wert kann man durch probieren ermitteln. Als Grundeinstellung würde ich ca. 75% der RaFast / DeFast Einstellung nehmen. Dieser Wert wird nicht wie der PWM Wert prozentual sondern in absoluter Zahl angegeben.

Viel Spaß beim basteln!!!!!!