Драйвер двигателя Pololu 18v25 CS для щеточных двигателей, 25 А, 5,5-30 В, компактный, с инерционным управлением и защитой от

Обзор

Мощный драйвер двигателя Pololu представляет собой дискретный МОП-транзистор H-bridge, предназначенный для управления большими коллекторными двигателями постоянного тока. H-мост состоит из одного N-канального МОП-транзистора 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. Абсолютное максимальное номинальное напряжение МОП-транзисторов составляет 30 В; Более высокое напряжение может навсегда вывести из строя драйвер 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 24 В.

Примечание:Номинальное напряжение аккумуляторов 24 В может быть намного выше при полной зарядке; Поэтому данное изделие не рекомендуется использовать с батареями напряжением 24 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 25 А постоянного тока при размере платы всего 1,8" на 1,2" и отсутствии необходимости в радиаторе. При использовании радиатора он может приводить в действие двигатель с непрерывным током силой до 40 А. Модуль предлагает простой интерфейс, для которого требуется всего две линии ввода-вывода, при этом допуская как работу по знаку и величине, так и работу в заблокированном противофазе, а дополнительный третий вход управления, уникальный для этой платы, позволяет осуществлять движение по инерции. Эта плата также оснащена схемой измерения тока, которая измеряет двунаправленный ток двигателя величиной до 30 А и выдает аналоговое напряжение.

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. Мы рекомендуем использовать встроенный датчик тока, чтобы драйвер не выдавал больше тока, чем он может безопасно обработать.

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, необходимый двигателю, а между V+ и землей вблизи драйвера двигателя следует установить большой конденсатор для снижения электрических помех. В комплект входят два аксиальных конденсатора, один или оба из которых можно установить, припаяв их к контактам V+ и GND (обозначенным «+» и «-» на нижней шелкографии) вдоль длинных краев платы. 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 PWMH и DIR, но PWML можно использовать для включения режима движения по инерции, если и PWML, и PWMH находятся на низком уровне. PWML внутренне подается на высокий уровень, а PWMH — на низкий. 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 позволяет контролировать питание двигателя или передавать его на слаботочные устройства (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 полезно в качестве опорного значения или для микроконтроллеров с очень низким энергопотреблением). Этот вывод можно замкнуть на VCS для питания датчика тока, или на VCS можно подать внешнее напряжение 5 В. Если выходной контакт 5 В используется для питания VCS, его не следует использовать для каких-либо других целей, поскольку датчик тока будет приближаться к пределу тока, который может обеспечить контакт 5 В. Когда датчик тока питается от подачи напряжения 5 В на VCS, вывод CS выдает 66 мВ/А для токов от -30 до 30 А с центром на 2,5 В (типичная погрешность составляет менее 1,5%).

Распиновка

Включенное оборудование

В комплект каждого драйвера двигателя входит 20-контактный прямой разъем-вилка, два конденсатора емкостью 150 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. Четыре монтажных отверстия предназначены для использования с винтами №2 (не входят в комплект).

Мощный драйвер двигателя Pololu CS с прилагаемым оборудованием.

Мощный драйвер двигателя Pololu CS на макетной плате.

Варианты управления двигателем

Драйвер двигателя может использоваться в нескольких различных режимах:

• Величина сигнала (привод тормоза):При отключенном или удерживаемом на высоком уровне сигнале PWML подайте сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на вывод PWMH. Рабочий цикл ШИМ управляет скоростью двигателя, а вывод DIR управляет направлением. Во время активной (высокой) части ШИМ выходы двигателя приводят двигатель в действие, подавая полное напряжение V+ на двигатель в направлении, определяемом выводом DIR; Во время низкой части ШИМ выходы двигателя тормозят двигатель, замыкая обе клеммы двигателя на землю. Это означает, что двигатель попеременно работает в режиме привода и торможения с частотой ШИМ, причем процент времени привода определяется рабочим циклом.
• Знак-величина (движение-выбег):Подключите один и тот же сигнал ШИМ к контактам PWMH и PWML. Рабочий цикл ШИМ управляет скоростью двигателя, а вывод DIR управляет направлением. Во время активной (высокой) части ШИМ выходы двигателя приводят двигатель в действие, подавая полное напряжение V+ на двигатель в направлении, определяемом выводом DIR; Во время низкой части ШИМ выходы двигателя отключаются, и двигатель вращается по инерции. Это означает, что двигатель попеременно работает в режиме движения и накатом на частоте ШИМ, причем процент времени движения определяется рабочим циклом. Режим движения по инерции может потреблять меньше энергии, чем режим движения с торможением, но режим движения с торможением может обеспечить более линейную зависимость между рабочим циклом и скоростью двигателя.
• Переменное торможение (торможение накатом):При отключенном или низком уровне PWMH подайте сигнал PWM на вывод PWML (состояние вывода DIR не влияет на этот режим). Во время активной (высокой) части ШИМ выходы двигателя тормозят двигатель, замыкая обе клеммы двигателя на землю; Во время низкой части ШИМ выходы двигателя отключаются, и двигатель вращается по инерции. Это означает, что двигатель попеременно работает в режиме торможения и выбега на частоте ШИМ, причем процент времени торможения определяется рабочим циклом.
• Заблокировано-противофазно:При отключенном или удерживаемом высоком уровне PWML и удерживаемом высоком уровне PWMH подайте сигнал PWM на вывод DIR. 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 блокированного противофазного режима снижает индуктивность двигателя и частоту переключения ШИМ, сглаживая ток (например, делая ток нулевым в случае 50%-ного рабочего цикла), поэтому может потребоваться высокая частота ШИМ.

X = неважно (то же самое для входов H или L); Z = высокий импеданс (выходы отключены)

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 40 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 25 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 100 А может нормально работать при 10 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. Мы рекомендуем вам использовать выходной датчик тока CS для контроля потребления тока, если ваше приложение будет приближать драйвер к предельным значениям его работы.

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.

Люди часто покупают этот продукт вместе с:

ACS714 Держатель датчика тока от -30 до +30 А