Драйвер двигателя Pololu 24v20 для щеточных двигателей, 20 А, 5,5-40 В, компактный размер 1,8x0,8 дюйма, защита от короткого

Обзор

Мощный драйвер двигателя Pololu представляет собой дискретный МОП-транзистор H-bridge, предназначенный для управления большими коллекторными двигателями постоянного тока. H-мост состоит из двух N-канальных МОП-транзисторов на каждую ножку, и большая часть производительности платы определяется этими МОП-транзисторами (остальная часть платы содержит схемы для приема пользовательских входных данных и управления МОП-транзисторами). Техническое описание MOSFET доступно в разделе «Ресурсы». вкладка. Максимальное номинальное напряжение МОП-транзисторов составляет 40 В, а более высокое напряжение может привести к необратимому разрушению драйвера двигателя. В нормальных условиях эксплуатации пульсации напряжения на линии питания могут повысить максимальное напряжение до уровня, превышающего среднее или предполагаемое значение, поэтому безопасное максимальное напряжение составляет приблизительно 34 В.

Примечание:Напряжение заряженной батареи может быть намного выше номинального напряжения, поэтому мы рекомендуем максимальное номинальное напряжение батареи 28 В, если не приняты соответствующие меры по ограничению пикового напряжения.

Универсальность этого драйвера делает его пригодным для широкого диапазона токов и напряжений: он может обеспечивать до 20 А постоянного тока при размере платы всего 1,8" на 0,8" и отсутствии необходимости в радиаторе. При использовании радиатора он может приводить в действие двигатель с непрерывным током силой до 28 А. Модуль предлагает простой интерфейс, требующий всего лишь двух линий ввода-вывода, при этом допуская как работу в режиме знака и величины, так и работу в режиме блокировки в противофазе. Интегрированное обнаружение различных состояний короткого замыкания защищает от распространенных причин катастрофических отказов; Однако обратите внимание, что плата не имеет защиты от обратной полярности питания, а также защиты от перегрузки по току или перегрева.

Использование драйвера двигателя

Связи

Подключения двигателя и питания двигателя находятся на одной стороне платы, а управляющие соединения (логика 5 В) — на другой стороне. Источник питания двигателя должен быть способен выдавать большой ток, а рядом с драйвером двигателя следует установить большой конденсатор. Входящие в комплект аксиальные конденсаторы можно установить непосредственно на плату на контакты, обозначенные «+» и «-», как показано ниже. Такие установки компактны, но могут ограничивать возможности теплоотвода; Кроме того, в зависимости от качества электропитания и характеристик двигателя может потребоваться конденсатор большей емкости. Существует два варианта подключения к мощным сигналам (V+, OUTA, OUTB, GND): большие отверстия с центрами 0,2", совместимые с входящими в комплект клеммными колодками, и пары отверстий с интервалом 0,1", которые можно использовать с перфорированными платами, макетными платами и разъемами 0,1".

Предупреждение:При использовании мощной электроники соблюдайте надлежащие меры предосторожности. Убедитесь, что вы знаете, что делаете, используя высокое напряжение или ток! При нормальной работе данное изделие может получитьгорячийдостаточно, чтобы сжечь вас. Будьте осторожны при обращении с данным изделием или другими подключенными к нему компонентами.

Логические соединения предназначены для взаимодействия с системами 5 В (макс. 5,5 В); минимальный порог высокого входного сигнала составляет 3,5 В, поэтому мы не рекомендуем подключать это устройство напрямую к контроллеру 3,3 В. В типичной конфигурации требуются только PWM и DIR. Два контакта флага неисправности (FF1 и FF2) можно контролировать для обнаружения проблем (более подробную информацию см. в таблице флагов неисправности ниже). TheПЕРЕЗАГРУЗИТЬПри удержании контакта в низком состоянии драйвер переходит в спящий режим с низким энергопотреблением и сбрасывает все зафиксированные флаги неисправностей. Вывод V+ на логической стороне платы обеспечивает доступ к контролю питания двигателя (его не следует использовать для больших токов). На плате также имеется регулируемый вывод 5 В, который может обеспечивать ток силой в несколько миллиампер (обычно этого недостаточно для всей схемы управления, но может быть полезным в качестве опорного значения или для микроконтроллеров с очень низким энергопотреблением).

Распиновка

Включенное оборудование

В комплект каждого драйвера двигателя входит 16-контактный прямой разъем-вилка, два конденсатора емкостью 100 мкФ и две 2-контактные клеммные колодки шириной 5 мм. (Примечание: клеммные колодки рассчитаны только на 15 А; для более мощных приложений используйте толстые провода, припаянные непосредственно к плате.) Рекомендуется подключать большие конденсаторы через источник питания; один из способов сделать это — между отверстиями «+» и «-», как показано ниже. Два монтажных отверстия предназначены для использования с винтами №2 (не входят в комплект).

Мощный драйвер двигателя Pololu с прилагаемым оборудованием.

Мощный драйвер двигателя Pololu на макетной плате.

Варианты управления двигателем

При низком уровне сигнала на выводе ШИМ оба выхода двигателя будут иметь низкий уровень (операция торможения). При высоком уровне ШИМ выходы двигателя будут управляться в соответствии с входом DIR. Это обеспечивает два режима работы: знаково-амплитудный, в котором рабочий цикл ШИМ управляет скоростью двигателя, а DIR управляет направлением, и заблокированный противофазный, в котором широтно-импульсно-модулированный сигнал подается на вывод DIR при высоком уровне ШИМ.

При работе в противофазе с синхронизацией низкий рабочий цикл вращает двигатель в одном направлении, а высокий рабочий цикл вращает двигатель в другом направлении; рабочий цикл 50% выключает двигатель. Успешная реализация противофазной блокировки зависит от индуктивности двигателя и частоты коммутации, сглаживающих ток (например, делающих ток нулевым в случае 50%-ного рабочего цикла), поэтому может потребоваться высокая частота ШИМ.

Частота ШИМ

Драйвер двигателя поддерживает ШИМ до 40 кГц, хотя более высокие частоты приводят к более высоким потерям переключения в драйвере двигателя. Кроме того, драйвер имеет мертвое время (когда выходы не управляются) приблизительно 3 мкс на цикл, поэтому высокие рабочие циклы становятся недоступными на высоких частотах. Например, при частоте 40 кГц период составляет 25 мкс; Если нас трое, то это время простоя, максимальный доступный рабочий цикл составит 22/25, или 88%. (Значение 100% всегда доступно, поэтому постепенное изменение входного сигнала ШИМ от 0 до 100% приведет к изменению выходного сигнала от 0 до 88%, оставаясь на уровне 88% для входных сигналов от 88% до 99%, а затем переключившись на 100%.)

Реальные соображения по рассеиванию мощности

Драйвер двигателя может выдерживать пиковые токи свыше 200 А. Пиковые значения тока указаны для кратковременных переходных процессов (например, при первом включении двигателя), а непрерывный номинал 25 А зависит от различных условий, таких как температура окружающей среды. Основным ограничением является нагрев и рассеивание мощности; Таким образом, при высоких токах драйвер двигателя будет сильно нагреваться, и производительность можно улучшить, добавив радиаторы или охладив плату иным способом. Печатная плата драйвера спроектирована так, чтобы отводить тепло от МОП-транзисторов, но производительность можно улучшить, добавив радиатор. При наличии надлежащего радиатора драйвер двигателя может обеспечивать постоянный ток силой до 28 А. Дополнительную информацию о рассеиваемой мощности см. в техническом описании МОП-транзисторов на вкладке «Ресурсы».

Поскольку в приводе двигателя нет внутренних ограничений по температуре, вся система должна быть спроектирована таким образом, чтобы ток нагрузки не превышал предел в 20 А. Самый простой способ добиться этого — выбрать двигатель с током останова ниже этого предела. Однако поскольку у хорошего двигателя токи останова могут в десятки раз превышать типичный рабочий ток, с этим драйвером можно использовать двигатели с токами останова в сотни ампер, при условии, что рабочий ток будет низким. Например, двигатель с током останова 80 А может нормально работать при 8 А, оставляя безопасный запас для удвоения тока в течение нескольких минут или утроения в течение нескольких секунд. Однако если двигатель полностью глохнет в течение длительного периода времени, двигатель или привод, скорее всего, сгорят.

Предупреждение:Данный драйвер двигателя не имеет функции отключения при перегрузке по току или перегреве. Состояние может вызватьпостоянный ущербводителю автомобиля. Вы можете рассмотреть возможность использования внешнего датчика тока, например, нашего двунаправленного держателя датчика тока ACS714 ±30A, для контроля потребления тока.

Условия неисправности

Драйвер двигателя может обнаруживать три различных состояния неисправности, которые выводятся на контакты FF1 и FF2. Обнаруживаемыми неисправностями являются короткие замыкания на выходе, пониженное напряжение и перегрев. Ошибка короткого замыкания фиксируется, то есть выходы останутся отключенными, а флаг ошибки останется высоким, пока плата не будет сброшена (ПЕРЕЗАГРУЗИТЬунижен). Неисправность пониженного напряжения отключает выходы, но не фиксируется. Ошибка перегрева слабо указывает на то, что плата перегрета, но она не указывает напрямую на температуру МОП-транзисторов, которые обычно перегреваются в первую очередь. Ниже приводится краткое описание работы флага неисправности.

Версии драйверов двигателей высокой мощности

В настоящее время существует девять версий высокомощного привода двигателя. Три версии CS имеют одинаковую распиновку, а шесть версий без CS имеют одинаковую распиновку. В следующей таблице представлено сравнение мощных приводов двигателей:

Примечание:В качестве альтернативы этим драйверам двигателей рассмотрите наши простые контроллеры двигателей. Они имеют очень похожие характеристики мощности и предлагают интерфейсы высокого уровня (например, USB, сервоимпульсы для любительских радиоуправляемых устройств, аналоговые напряжения и последовательные команды TTL), что значительно упрощает их использование во многих приложениях.