Драйвер двигуна Pololu 18v25 CS для щіткових двигунів, 25 А, 5,5-30 В, компактний, з інерційним керуванням та захистом від

Огляд

Драйвер двигуна високої потужності Pololu — це дискретний H-міст MOSFET, призначений для керування великими щітковими двигунами постійного струму. H-міст складається з одного N-канального МОП-транзистора 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 30 В; Вищі напруги можуть остаточно 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 24 В.

Примітка:акумулятори з номінальною напругою 24 В можуть бути набагато вищими, ніж у повністю заряджених; Тому цей продукт не рекомендується використовувати з батареями 24 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 25 А безперервного струму з розміром плати лише 1,8 дюйма на 1,2 дюйма і без необхідного радіатора. З додаванням радіатора він може керувати двигуном із безперервним струмом приблизно до 40 А. Модуль пропонує простий інтерфейс, який потребує лише двох ліній вводу-виводу, при цьому допускаючи операцію як з амплітудою знака, так і з блокуванням протифази, а додатковий третій керуючий вхід, унікальний для цієї плати, дозволяє здійснювати вибіг. Ця плата також має схему вимірювання струму, яка вимірює двонаправлений струм двигуна величиною до 30 А та видає аналогову напругу.

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. Ми рекомендуємо вам використовувати вбудований датчик струму, щоб драйвер не подавав більше струму, ніж він може безпечно витримати.

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 здатне забезпечити високий струм, який потребує двигун, і великий конденсатор слід встановити між V+ і землею поблизу драйвера двигуна, щоб зменшити електричний шум. У комплект входять два осьових конденсатора, і один або обидва можна встановити, припаявши їх до контактів V+ і GND (позначених «+» і «-» на нижній шовкографії) уздовж довгих країв плати. 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 PWMH і DIR, але PWML можна використовувати для ввімкнення руху накатом, якщо і PWML, і PWMH знаходяться на низькому рівні. PWML витягується на високий рівень, а PWMH витягується на низький внутрішній рівень. Два штирі прапора несправності (FF1 і FF2) можна контролювати для виявлення проблем (дивіться таблицю прапорів несправності нижче для отримання додаткової інформації). 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 або передачі його на слабкострумові пристрої (його не слід використовувати для сильного струму). На платі також є регульований контакт 5 В, який може забезпечити кілька міліампер (цього зазвичай недостатньо для всієї схеми керування, але може бути корисним як еталон або для мікроконтролерів з дуже низьким споживанням). Цей висновок можна закоротити на VCS для живлення датчика струму, або VCS може подаватись на 5 В зовні. Якщо вихідний штифт 5 В використовується для живлення VCS, його не слід використовувати для будь-яких інших цілей, оскільки датчик струму буде споживати близько до межі струму, який може забезпечити контакт 5 В. Коли датчик струму живиться через подачу 5 В на VCS, висновок CS видає 66 мВ/А для струмів від -30 до 30 А з центром на 2,5 В (типова похибка становить менше 1,5%).

Розпіновка

Обладнання в комплекті

20-контактний прямий роз'єм, два конденсатори по 150 мкФ і дві 2-контактні 5-міліметрові 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. Чотири монтажні отвори призначені для використання з гвинтами №2 (не входять до комплекту).

Драйвер потужного двигуна Pololu CS із комплектним обладнанням.

Драйвер потужного двигуна Pololu CS у макетній платі.

Параметри керування двигуном

Драйвер двигуна можна використовувати в кількох різних режимах:

• Величина сигналу (гальмо приводу):Коли PWML відключено або утримується на високому рівні, подайте сигнал із широтно-імпульсною модуляцією (PWM) на висновок PWMH. Робочий цикл ШІМ контролює швидкість двигуна, а штифт DIR контролює напрямок. Під час активної (високої) частини ШІМ вихідні сигнали двигуна керують двигуном, надаючи повну напругу V+ на двигун у напрямку, визначеному контактом DIR; Під час низької частини ШІМ вихідні сигнали двигуна гальмують двигун, замикаючи обидві клеми двигуна на землю. Це означає, що двигун перемикається між приводом і гальмуванням на частоті ШІМ із відсотком часу руху, який визначається робочим циклом.
• Знак-величина (драйв-вибіг):Підключіть той самий сигнал ШІМ до контактів ШІМ і ШІМ. Робочий цикл ШІМ контролює швидкість двигуна, а штифт DIR контролює напрямок. Під час активної (високої) частини ШІМ вихідні сигнали двигуна керують двигуном, надаючи повну напругу V+ на двигун у напрямку, визначеному контактом DIR; Під час низької частини ШІМ виходи двигуна відключаються, і двигуну дозволяється працювати на вибігу. Це означає, що двигун чергується між приводом і вибігом на частоті ШІМ із відсотком часу руху, який визначається робочим циклом. Режим приводу на вибіг може споживати менше енергії, ніж режим приводу-гальма, але режим приводу-гальма може створити більш лінійне співвідношення між робочим циклом і швидкістю двигуна.
• Змінне гальмування (вибіг):Коли PWMH відключено або утримується на низькому рівні, подайте сигнал PWM на висновок PWML (стан виводу DIR не впливає на цей режим). Під час активної (високої) частини ШІМ вихідні сигнали двигуна гальмують двигун шляхом замикання обох клем двигуна на землю; Під час низької частини ШІМ виходи двигуна відключаються, і двигуну дозволяється працювати на вибігу. Це означає, що двигун чергує гальмування та вибіг на частоті ШІМ із відсотком часу гальмування, який визначається робочим циклом.
• Заблокований протифазний:Коли PWML відключено або утримується на високому рівні, а PWMH утримується на високому рівні, подайте сигнал ШІМ на контакт DIR. У заблокованому протифазному режимі низький робочий цикл рухає двигун в одному напрямку, а високий робочий цикл — в іншому напрямку; робочий цикл 50% вимикає двигун. Успішне заблоковане протифазне впровадження зменшує індуктивність двигуна та частоту перемикання ШІМ, щоб згладити струм (наприклад, роблячи струм нульовим у випадку робочого циклу 50%), тому може знадобитися висока частота ШІМ.

X = байдуже (те саме для введення H або L); Z = високий імпеданс (виходи відключені)

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 забезпечити безперервний струм до 40 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 25 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 100 А може добре працювати при 10 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. Ми рекомендуємо вам використовувати поточний вихідний сигнал CS, щоб контролювати споживання струму, якщо ваша програма наближає роботу драйвера до своїх меж.

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.

Люди часто купують цей продукт разом з:

Носій датчика струму ACS714 від -30 до +30 A