Драйвер двигуна Pololu 24v20 для щіткових двигунів, 20 А, 5,5-40 В, компактний розмір 1,8x0,8 дюйма, захист від короткого

Огляд

Драйвер двигуна високої потужності Pololu — це дискретний H-міст MOSFET, призначений для керування великими щітковими двигунами постійного струму. H-міст складається з двох N-канальних МОП-транзисторів на кожну ніжку, і більша частина продуктивності плати визначається цими МОП-транзисторами (решта плати містить схеми для прийому вхідних даних користувача та керування МОП-транзисторами). Таблиця даних MOSFET доступна в розділі “Ресурси” вкладка. МОП-транзистори мають абсолютну максимальну напругу 40 В, а більша напруга може назавжди вивести з ладу драйвер двигуна. За нормальних робочих умов пульсації напруги на лінії живлення можуть підвищити максимальну напругу до рівня, що перевищує середню або заплановану напругу, тому безпечна максимальна напруга становить приблизно 34 В.

Примітка:Напруга зарядженого акумулятора може бути набагато вищою за номінальну напругу, тому максимальна номінальна напруга акумулятора, яку ми рекомендуємо, становить 28 В, якщо не вжито відповідних заходів для обмеження пікової напруги.

Універсальність цього драйвера робить його придатним для широкого діапазону струмів і напруг: він може видавати до 20 А безперервного струму з розміром плати лише 1,8 дюйма на 0,8 дюйма і без необхідного радіатора. З додаванням радіатора він може керувати двигуном із безперервним струмом близько 28 А. Модуль пропонує простий інтерфейс, який потребує лише двох ліній вводу-виводу, при цьому допускаючи операцію як знакової величини, так і блокованої протифазної роботи. Інтегроване виявлення різних умов короткого замикання захищає від типових причин катастрофічного збою; однак зауважте, що плата не включає захист від зворотного живлення або будь-який захист від перевантаження по струму чи перегріву.

Використання драйвера двигуна

Зв'язки

З’єднання двигуна та живлення двигуна знаходяться з одного боку плати, а з’єднання керування (логіка 5 В) – з іншого боку. Джерело живлення двигуна має бути здатним подавати великий струм, а великий конденсатор слід встановити поблизу драйвера двигуна. Аксіальні конденсатори, що входять до комплекту, можна встановити безпосередньо на платі на контактах, позначених «+» і «-», як показано нижче. Такі установки є компактними, але можуть обмежити варіанти тепловідведення; Крім того, залежно від якості джерела живлення та характеристик двигуна може знадобитися конденсатор більшої ємності. Є два варіанти підключення до сигналів високої потужності (V+, OUTA, OUTB, GND): великі отвори в центрах 0,2 дюйма, які сумісні з клемними колодками, що входять у комплект, і пари отворів на відстані 0,1 дюйма, які можна використовувати з платами perfboard, макетними платами та роз’ємами 0,1 дюйма.

УВАГА:Вживайте належних заходів безпеки під час використання потужної електроніки. Переконайтеся, що ви знаєте, що ви робите, коли використовуєте високу напругу або струм! Під час нормальної роботи цей продукт може отриматигарячийдостатньо, щоб спалити вас. Будьте обережні під час поводження з цим продуктом або іншими компонентами, пов’язаними з ним.

Логічні з’єднання призначені для взаємодії з системами 5 В (макс. 5,5 В); мінімальний високий поріг вхідного сигналу становить 3,5 В, тому ми не рекомендуємо підключати цей пристрій безпосередньо до контролера 3,3 В. У типовій конфігурації потрібні лише PWM і DIR. Два штирі прапора несправності (FF1 і FF2) можна контролювати, щоб виявити проблеми (додаткову інформацію див. у таблиці прапорів несправності нижче). TheСКИДАННЯpin, коли він утримується на низькому рівні, переводить драйвер у режим сну з низьким енергоспоживанням і очищає всі зафіксовані позначки несправності. Вивід V+ на логічній стороні плати дає вам доступ до моніторингу живлення двигуна (його не слід використовувати для сильного струму). Плата також має регульований контакт 5 В, який може забезпечити кілька міліампер (цього, як правило, недостатньо для всієї схеми керування, але може бути корисним як еталон або для мікроконтролерів з дуже низьким енергоспоживанням).

Розпіновка

Обладнання в комплекті

16-контактний прямий відривний штекерний роз’єм, два конденсатори по 100 мкФ і дві 2-контактні 5-мм клемні колодки входять до кожного драйвера двигуна. (Примітка: клемні блоки розраховані лише на 15 А; для застосування з більшою потужністю використовуйте товсті дроти, припаяні безпосередньо до плати.) Рекомендовано підключати великі конденсатори до джерела живлення; один із способів зробити це між отворами «+» і «-», як показано нижче. Два отвори для кріплення призначені для використання з гвинтами №2 (не входять у комплект).

Потужний драйвер двигуна Pololu з апаратним забезпеченням у комплекті.

Драйвер потужного двигуна Pololu в макетній платі.

Параметри керування двигуном

Коли висновок ШІМ утримується на низькому рівні, вихідні сигнали обох двигунів будуть утримуватися на низькому рівні (операція гальмування). При високому рівні ШІМ вихідні сигнали двигуна керуватимуться відповідно до входу DIR. Це дозволяє працювати в двох режимах: знаково-амплітудний, у якому робочий цикл ШІМ контролює швидкість двигуна, а DIR контролює напрямок, і блокований протифазний, у якому сигнал із широтно-імпульсною модуляцією подається на висновок DIR із ШІМ, утримуючи високий рівень.

У зблокованому протифазному режимі низький робочий цикл керує двигуном в одному напрямку, а високий робочий цикл — в іншому напрямку; робочий цикл 50% вимикає двигун. Успішна реалізація протифазного блокування залежить від індуктивності двигуна та частоти перемикання, що вирівнює струм (наприклад, робить струм нульовим у випадку робочого циклу 50%), тому може знадобитися висока частота ШІМ.

Частота ШІМ

Драйвер двигуна підтримує ШІМ до 40 кГц, хоча вищі частоти призводять до вищих втрат на перемикання в драйвері двигуна. Крім того, драйвер має мертвий час (коли виходи не керуються) приблизно 3 мкс за цикл, тому високі робочі цикли стають недоступними на високих частотах. Наприклад, при 40 кГц період становить 25 мкс; Якщо 3 з нас зайняті мертвим часом, максимальний доступний робочий цикл становить 22/25, або 88%. (100% доступні завжди, тому поступове збільшення входу ШІМ від 0 до 100% призведе до збільшення вихідного сигналу від 0 до 88%, залишаючись на рівні 88% для входів від 88% до 99%, а потім перемикається на 100%.)

Розсіювана потужність у реальному світі

Драйвер двигуна може витримувати пікові струми, що перевищують 200 А. Значення пікового струму призначені для швидких перехідних процесів (наприклад, коли двигун увімкнено вперше), а безперервний номінал 25 А залежить від різних умов, наприклад температури навколишнього середовища. Основне обмеження походить від нагрівання та розсіювання потужності; отже, при високих струмах драйвер двигуна буде надзвичайно гарячим, і продуктивність можна покращити, додавши радіатори або іншим чином охолодивши плату. Друкована плата драйвера призначена для відведення тепла від МОП-транзисторів, але продуктивність можна покращити, додавши радіатор. З належним радіатором драйвер двигуна може видавати безперервний струм до 28 А. Для отримання додаткової інформації про розсіювану потужність перегляньте специфікацію MOSFET на вкладці «Ресурси».

Оскільки на драйвері двигуна немає внутрішнього обмеження температури, уся система повинна бути сконструйована таким чином, щоб струм навантаження був нижчим за межу 20 А. Простий спосіб досягти цього — вибрати двигун із струмом зупинки, нижчим за цю межу. Однак, оскільки хороший двигун може мати струм зупинки в десятки разів вищий за типовий робочий струм, двигуни зі струмом зупинки в сотні ампер можна використовувати з цим драйвером, якщо робочий струм залишається низьким. Наприклад, двигун із струмом зупинки 80 А може добре працювати при 8 А, залишаючи безпечний запас для подвоєння струму протягом кількох хвилин за раз або потроєння протягом кількох секунд. Проте, якщо двигун повністю зупиниться на тривалий період, двигун або драйвер, швидше за все, згорять.

УВАГА:Цей драйвер двигуна не має відключення від перевантаження по струму або перегріву. Стан може викликатипостійне пошкодженнядо водія мотора. Ви можете розглянути можливість використання зовнішнього датчика струму, такого як наш ACS714 ±30A двонаправлений носій датчика струму, щоб контролювати споживання струму.

Умови несправності

Драйвер двигуна може виявити три різні стани несправності, які повідомляються на контактах FF1 і FF2. Виявлені несправності - короткі замикання на виході, зниження напруги та перегрівання. Помилка короткого замикання фіксується, тобто виходи залишаться вимкненими, а прапор несправності залишатиметься високим, доки плату не буде скинуто (СКИДАННЯнизький). Помилка низької напруги вимикає виходи, але не фіксується. Помилка перегріву є слабкою ознакою того, що плата занадто гаряча, але вона не вказує прямо на температуру МОП-транзисторів, які зазвичай є першими компонентами, що перегріваються. Нижче описано роботу прапора помилки.

Версії двигуна високої потужності

В даний час існує дев'ять версій двигуна високої потужності. Три версії CS мають однакову розпіновку, а шість версій без CS мають однакову розпіновку. У наведеній нижче таблиці наведено порівняння драйверів двигунів високої потужності:

Примітка:Розгляньте наші прості контролери двигунів як альтернативу цим драйверам двигунів. Вони мають дуже схожі характеристики потужності та пропонують інтерфейси високого рівня (наприклад, USB, RC hobby servo pulses, аналогові напруги та послідовні команди TTL), що значно полегшує їх використання для багатьох програм.