Потужний драйвер колекторного двигуна 36В 20А 36v20 CS від Pololu

Цей дискретний драйвер колекторного двигуна з МОП-транзистором забезпечує двонаправлене керування одним потужним двигуном постійного струму. Компактна плата 1,8 × 1,2 дюйма підтримує широкий діапазон напруг від 5,5 до 50 В і досить ефективна для безперервного навантаження 20 А без радіатора. Ця версія виводить аналогову напругу, пропорційну струму двигуна, а додатковий керуючий вхід дозволяє додатково керувати розгоном, вибігом і гальмуванням.

Код виробника: 1457

Примітка. Напруга акумуляторної батареї може бути значно вище номінальної напруги при зарядці, тому максимальна напруга батареї, що рекомендована нами, становить 36 В, якщо не буде вжито відповідних заходів для обмеження пікової напруги.

Інтегроване виявлення різних умов короткого замикання захищає від катастрофічної відмови, однак, зверніть увагу, що плата не включає захист від зворотного живлення або захист від перевантаження по струму або перегріву. Ми рекомендуємо використовувати вбудований датчик струму, щоб драйвер не був перевантажений.

З'єднання силового живлення драйвера і двигуна знаходяться на одній стороні плати, а керуючі з'єднання (логіка 5 В) знаходяться на іншій стороні. Силове живлення має забезпечувати достатній струм, необхідний драйверу, а також великий конденсатор повинен бути встановлений між V + і землею поруч з двигуном, щоб зменшити електричні перешкоди. Включаються два осьових конденсатора і один або обидва можуть бути встановлені шляхом пайки їх в контакти V + і GND (позначені «+» і «-» на платі) вздовж довгих країв плати. Такий монтаж компактний, але може обмежувати можливості тепловідведення; Крім того, в залежності від якості джерела живлення і характеристик двигуна може знадобитися конденсатор більшої ємності. Існує два варіанти підключення до потужних сигналів (V +, OUTA, OUTB, GND).

Логічні з'єднання призначені для взаємодії з системами 5 В (максимум 5,5 В); мінімальний поріг вхідного сигналу становить 3,5 В, тому ми не рекомендуємо підключати цей пристрій безпосередньо до контролера 3,3 В. У типовій конфігурації потрібні тільки PWMH і DIR, але PWML може використовуватися для включення вибігання, якщо обидва PWML і PWMH знаходяться в стані низького логічного рівня. PWML підтягнутий до джерела живлення, а PWMH притягнутий до землі. Для виявлення проблем можна контролювати два виводи прапора помилки (FF1 і FF2) (більш детальну інформацію див. У таблиці прапорів). контакт скидання підтягнутий до V + через резистор 20 кОм. Коли він утримується на низькому рівні, він перемикає драйвер в режим з низьким енергоспоживанням і очищає будь-які фіксовані прапори помилок. Вивід V + на логічної стороні плати дає вам можливість контролювати живлення драйвера або живити низьковольтні пристрої (він не повинен використовуватися для великих струмів). Плата також забезпечена регульованим виводом 5 В, який може забезпечувати кілька міліампер (це, як правило, недостатньо для всієї схеми керування, але може бути корисним як еталон або для малопотужних мікроконтролерів). Цей вихід може бути закорочений на VCS для живлення датчика струму або VCS може живитися зовнішньою напругою 5 В. Якщо вихідний сигнал 5 В використовується для живлення VCS, його не можна використовувати для будь-яких інших цілей, оскільки струмовий датчик буде наближатися до межі струму, який може постачати вихід 5 В. Коли струмовий датчик живиться від 5 в до VCS, вихід CS виводить 66 мВ / А для струмів між -30 і 30 А з центром в 2,5 в (типова помилка не перевищує 1,5%).

Параметри керування двигуном:

Драйвер двигуна можна використовувати в декількох режимах:

• Стандартний режим керування з гальмуванням: якщо PWML від'єднаний або утримується в високому рівні, подайте на шину PWMH сигнал з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Робочий цикл ШІМ контролює швидкість двигуна, а контакт DIR керує напрямком. Під час активної (високої) частини ШІМ виходи драйвера надають рух двигуну, встановлюючи повну напругу V+ на двигун в напрямку, який визначається контактом DIR, під час низької частини ШІМ виходи драйвера гальмують двигун, замикаючи обидві клеми двигуна на землю. Це означає, що двигун чергується між рухом і гальмом на частоті ШІМ з відсотком часу роботи, що визначаються робочим циклом.

• Стандартний режим керування з вибігом: Підключіть один і той же сигнал PWM до виводів PWMH і PWML. Робочий цикл ШІМ контролює швидкість двигуна, а контакт DIR керує напрямком. Під час активної (високої) частини ШІМ виходи драйвера надають рух двигуну, встановлюючи повну напругу V+ на двигун в напрямку, який визначається контактом DIR, під час низької частини ШІМ виходи двигуна відключені, а двигуну дозволено виходити на вибіг обертання. Це означає, що двигун чергується між робочим циклом і вибігом на частоті ШІМ з процентним співвідношенням часу руху, що визначається робочим циклом. Експлуатація при русі з вибігом може споживати менше енергії, ніж при роботі з гальмом, але робота приводу гальма може призвести до більш лінійної залежності між робочим циклом і швидкістю двигуна.

• Кероване гальмування: якщо PWMH від'єднаний або утримується низьким рівнем, подайте сигнал PWM на вивід PWML (стан DIR-контакту не впливає на цей режим). Під час активної (високої) частини ШІМ виходи двигуна гальмують двигун, замикаючи обидві клеми двигуна на землю. Під час низького рівня ШІМ виходи двигуна відключені, а двигуну дозволений вибіг. Це означає, що робота двигуна чергується між гальмом і вибігом на частоті ШІМ з відсотком часу гальмування, визначеним робочим циклом.

• Блокована антифаза: якщо PWML від'єднаний або утримується в високому рівні, і PWMH утримується в високому рівні, подайте сигнал PWM на вивід DIR. У режимі з закритою антифазою робочий цикл низького рівня призводить двигун в одному напрямку, а великий робочий цикл призводить двигун в інший напрямок - 50% робочий цикл відключає двигун. Успішна реалізація з блокуванням антифази заснована на властивостях індуктивності двигуна і частоті перемикання ШІМ, щоб згладити струм (наприклад, зробити нульовий струм в разі 50% робочого циклу), тому може знадобитися висока частота ШІМ.

Частота ШІМ

Драйвер двигуна підтримує частоти PWM до 40 кГц - більш високі частоти призводять до більш високих втрат перемикання в драйвері двигуна. Крім того, у драйвера є мертвий час (коли виходи не підключені) приблизно 3 мкс за цикл, тому високі робочі частоти недоступні. Наприклад, на частоті 40 кГц період становить 25 мс, максимальний доступний робочий цикл складає 22/25 або 88%. (100% завжди є, тому поступове збільшення вхідного сигналу ШІМ від 0 до 100% призведе до збільшення вихідної напруги від 0 до 88%, залишаючись на рівні 88% для входів від 88% до 99%, а потім перемикається на 100%.)

Тепловий режим роботи драйвера

Драйвер може витримувати пікові струми, що перевищують 200 А. Пікові значення струму для швидких перехідних процесів (наприклад, при першому включенні двигуна) залежать від різних умов, таких як температура навколишнього середовища і навантаження двигуна. Основне обмеження походить від нагрівання і розсіювання потужності, тому при високих струмах драйвер буде дуже гарячим, і його продуктивність може бути поліпшена за рахунок додавання радіаторів або застосування активного охолодження. Друкована плата драйвера призначена для відводу тепла з польових МОП-транзисторів, але тепловий режим може бути поліпшений за рахунок додавання радіатора. МОП-транзистори мають теоретичний максимальний безперервний струм 90А при 25 ° С, але розсіювання достатньої кількості тепла для підтримки МОП-транзистора при цій температурі недоцільно для більшості застосувань. Безперервний струм, близький до 35 А, може бути досягнутий без занадто екстравагантного тепловідведення.

Оскільки на драйвері немає внутрішнього обмеження температури, уся система повинна бути сконструйована таким чином, щоб підтримувати струм навантаження нижче межі 20 А. Легкий спосіб домогтися цього - вибрати двигун з струмом зупинки нижче цієї межі. Однак через те, що хороший двигун може мати струми колектора в десятки разів вище, ніж типовий робочий струм, з цим драйвером можуть використовуватися двигуни з струмами заклинювання, які складають сотні ампер, до тих пір, поки робочий струм буде залишатися низьким. Наприклад, двигун з струмом 100 А може добре працювати при 10 А, залишаючи безпечний запас для струму протягом декількох хвилин за час протягом декількох секунд. Однак, якщо двигун повністю зупиняється протягом більш тривалого періоду часу, двигун або драйвер, ймовірно, будуть згорати від перевантаження.

Умови несправності (аварійної ситуації):

Драйвер двигуна може виявляти три різних стану аварійну ситуацію, які повідомляються на контактах FF1 і FF2. Виявлені несправності - це короткі замикання на виході, знижена напруга і перегрів. Помилка короткого замикання означає, що виходи будуть залишатися вимкненими, а прапор несправності буде залишатися високим, до тих пір, поки плата не буде скинута (скидання RESET низький). Недостатня напруга відключає виходи, але не фіксується. Збій перегріву забезпечує непряму індикацію того, що плата занадто гаряча, але вона не вказує безпосередньо на температуру польових МОП-транзисторів, які зазвичай є першими компонентами для перегріву. Нижче описана операція прапора помилки.

Призначення виводів:

• V + - Вхід напруги живлення силової частини драйвера
• 5V - Вихід внутрішнього стабілізатора напруги для живлення додаткового обладнання. Ні в якому разі не можна на цей вихід подавати зовнішню напругу живлення - це неминуче призведе до виходу драйвера з ладу. Так само не можна навіть на короткий час замикати цей вивід на сусідній вивід V +
• VCS - Напруга живлення датчика вихідного струму
• GND - Загальний вивід логічної і силової частини драйвера
• CS - Вихід датчика струму. Напруга на виході пропорційна струму двигуна при русі (але не під час гальмування, в тому числі при активному обмеженні струму). Вихідна напруга становить близько 66 мВ/А з центром в 2,5 В
• V + і GND - Монтажні отвори для підключення додаткового електролітичного конденсатора великої ємності.
• OUTA - Перший вивід підключення двигуна
• OUTB - Другий вивід підключення двигуна
• PWMH - Вхід ШІМ керування двигуном
• PWML - Вхід ШІМ керування двигуном. Керуючий вхід, який дозволяє включати вибіг, коли обидва PWML і PWMH в низькому рівні
• DIR - Вхід напрямком обертання двигуна: коли DIR високого рівня струм буде текти від OUTA до OUTB, коли він низького струм буде протікати від OUTB до OUTA
• RESET - Вхід, низький рівень на якому, переводить драйвер в режим зниженого енергоспоживання (режим сну)
• FF1 і FF2 - Виходи аварійної ситуації. Високий логічний рівень на яких сигналізує про аварійну ситуацію

Комплектність драйвера:

Характеристики:

• Кількість каналів керування: 1
• Мінімальна робоча напруга: 5,5В
• Максимальна робоча напруга: 50В
• Тривалий вихідний струм: 20A
• Чутливість датчика струму: 0.066В / A
• Максимальна частота ШІМ: 40 кГц
• Максимальна напруга логічної частини драйвера: 5.5В
• Опір відкритого каналу MOSFET транзистора: 4.8 мОм
• Захист від переполюсування джерела живлення: Відсутній
• Розміри: 4,57 х 3 см
• Вага: 7 грам

Посилання:

• Даташит на IPD048N06L3 G
• Даташит на датчик струму
• Сторінка продукту на сайті Pololu