Мощный драйвер коллекторного двигателя 36В 20А 36v20 CS от Pololu

Этот дискретный драйвер коллекторного двигателя с МОП-транзистором обеспечивает двунаправленное управление одним мощным мотором постоянного тока. Компактная плата 1,8 × 1,2 дюйма поддерживает широкий диапазон напряжений от 5,5 до 50 В и достаточно эффективна для непрерывной нагрузки 20 А без радиатора. Эта версия выводит аналоговое напряжение, пропорциональное току двигателя, а дополнительный управляющий вход позволяет дополнительно управлять разгоном, выбегом и торможением.

Код производителя: 1457

Примечание. Напряжение аккумуляторной батареи может быть значительно выше номинального напряжения при зарядке, поэтому максимальное напряжение батареи, которое мы рекомендуем, составляет 36 В, если не будут приняты соответствующие меры для ограничения пикового напряжения.

Интегрированное обнаружение различных условий короткого замыкания защищает от катастрофического отказа, однако, обратите внимание,, что плата не включает защиту от обратного питания или защиту от перегрузки по току или перегрева. Мы рекомендуем использовать встроенный датчик тока, чтобы драйвер не был перегружен.

Соединения силового питания драйвера и двигателя находятся на одной стороне платы, а управляющие соединения (логика 5 В) находятся на другой стороне. Силовое питание должно обеспечивать достаточный ток, требуемый драйверу, а также большой конденсатор должен быть установлен между V + и землей рядом с двигателем, чтобы уменьшить электрические помехи. Включаются два осевых конденсатора и один или оба могут быть установлены путем пайки их в контакты V + и GND (обозначенные «+» и «-» на плате) вдоль длинных краев платы. Такой монтаж компактен, но может ограничивать возможности теплоотвода; Кроме того, в зависимости от качества источника питания и характеристик двигателя может потребоваться большей ёмкости конденсатор. Существует два варианта подключения к мощным сигналам (V +, OUTA, OUTB, GND).

Логические соединения предназначены для взаимодействия с системами 5 В (максимум 5,5 В); минимальный порог входного сигнала составляет 3,5 В, поэтому мы не рекомендуем подключать это устройство непосредственно к контроллеру 3,3 В. В типичной конфигурации требуются только PWMH и DIR, но PWML может использоваться для включения выбега, если оба PWML и PWMH находятся в состоянии низкого логического уровня. PWML подтянут к источнику питания, а PWMH притянут к земле. Для обнаружения проблем можно контролировать два вывода флага ошибки (FF1 и FF2) (более подробную информацию см. В таблице флагов). контакт СБРОС подтянут к V + через резистор 20 кОм. Когда он удерживается на низком уровне, он переключает драйвер в режим с низким энергопотреблением и очищает любые фиксированные флаги ошибок. Вывод V + на логической стороне платы дает вам возможность контролировать питание драйвера или запитывать низковольтные устройства (он не должен использоваться для больших токов). Плата также снабжена регулируемым выводом 5 В, который может обеспечивать несколько миллиампер (это, как правило, недостаточно для всей схемы управления, но может быть полезным в качестве эталона или для маломощных микроконтроллеров). Этот выход может быть закорочен на VCS для питания датчика тока или VCS может питаться с внешним напряжением 5 В. Если выходной сигнал 5 В используется для питания VCS, его нельзя использовать для каких-либо других целей, поскольку токовый датчик будет приближаться к пределу тока, который может поставлять выход 5 В. Когда токовый датчик питается от 5 В до VCS, выход CS выводит 66 мВ / А для токов между -30 и 30 А с центром в 2,5 В (типичная ошибка составляет менее 1,5%).

Параметры управления двигателем:

Драйвер двигателя можно использовать в нескольких режимах:

• Стандартный режим управления с торможением: если PWML отсоединен или удерживается в высоком уровне, подайте на шину PWMH сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Рабочий цикл ШИМ контролирует скорость двигателя, а контакт DIR управляет направлением. Во время активной (высокой) части ШИМ выходы драйвера приводят в движение двигатель, устанавливая полное напряжение V + на двигатель в направлении, определяемом контактом DIR, во время низкой части ШИМ выходы драйвера тормозят двигатель, замыкая обе клеммы двигателя на землю. Это означает, что двигатель чередуется между движением и тормозом на частоте ШИМ с процентом времени работы, определяемым рабочим циклом.
• Стандартный режим управления с выбегом: Подключите один и тот же сигнал PWM к выводам PWMH и PWML. Рабочий цикл ШИМ контролирует скорость двигателя, а контакт DIR управляет направлением. Во время активной (высокой) части ШИМ выходы драйвера приводят в движение двигатель, устанавливая полное напряжение V + на двигатель в направлении, определяемом контактом DIR, во время низкой части ШИМ выходы двигателя отключены, а двигателю разрешено выходить на выбег вращения. Это означает, что двигатель чередуется между рабочим циклом и выбегом на частоте ШИМ с процентным соотношением времени движения, определяемого рабочим циклом. Эксплуатация при движении с выбегом может потреблять меньше энергии, чем при работе с тормозом, но работа привода тормоза может привести к более линейной зависимости между рабочим циклом и скоростью двигателя.
• Управляемое торможение: если PWMH отсоединен или удерживается низким уровнем, подайте сигнал PWM на вывод PWML (состояние DIR-контакта не влияет на этот режим). Во время активной (высокой) части ШИМ выходы двигателя тормозят двигатель, замыкая оба клеммы двигателя на землю. Во время низкого уровня ШИМ выходы двигателя отключены, а двигателю разрешен выбег. Это означает, что работа двигателя чередуется между тормозом и выбегом на частоте ШИМ с процентом времени торможения, определяемым рабочим циклом.
• Блокированная антифазы : если PWML отсоединен или удерживается в высоком уровне, и PWMH удерживается в высоком уровне, подайте сигнал PWM на вывод DIR. В режиме с закрытой антифазой рабочий цикл низкого уровня приводит двигатель в одном направлении, а большой рабочий цикл приводит двигатель в другое направление - 50% рабочий цикл отключает двигатель. Успешная реализация с блокировкой антифазы основана на свойствах индуктивности двигателя и частоте переключения ШИМ, чтобы сгладить ток (например, сделать нулевой ток в случае 50% рабочего цикла), поэтому может потребоваться высокая частота ШИМ.

Частота ШИМ

Драйвер двигателя поддерживает частоты PWM до 40 кГц - более высокие частоты приводят к более высоким потерям переключения в драйвере двигателя. Кроме того, у драйвера есть мертвое время (когда выходы не подключены) приблизительно 3 мкс за цикл, поэтому высокие рабочие частоты недоступны. Например, на частоте 40 кГц период составляет 25 мс, максимальный доступный рабочий цикл составляет 22/25 или 88%. (100% всегда доступно, поэтому постепенное увеличение входного сигнала ШИМ от 0 до 100% приведет к увеличению выходного напряжения от 0 до 88%, оставаясь на уровне 88% для входов от 88% до 99%, а затем переключается на 100%. )

Тепловой режим работы драйвера

Драйвер может выдерживать пиковые токи, превышающие 200 А. Пиковые значения тока для быстрых переходных процессов (например, при первом включении двигателя) зависят от различных условий, таких как температура окружающей среды и нагрузка двигателя. Основное ограничение происходит от нагрева и рассеивания мощности, поэтому при высоких токах драйвер будет очень горячим, и его производительность может быть улучшена за счет добавления радиаторов или применения активного охлаждения. Печатная плата драйвера предназначена для отвода тепла из полевых МОП-транзисторов, но тепловой режим может быть улучшен за счет добавления радиатора. МОП-транзисторы имеют теоретический максимальный непрерывный ток 90А при 25 ° С, но рассеивание достаточного количества тепла для поддержания МОП-транзистора при этой температуре нецелесообразно для большинства применений. Непрерывный ток, близкий к 35 А, может быть достигнут без слишком экстравагантного теплоотвода.

Поскольку на драйвере нет внутреннего ограничения температуры, вся система должна быть сконструирована таким образом, чтобы поддерживать ток нагрузки ниже предела 20 А. Легкий способ добиться этого - выбрать двигатель с током останова ниже этого предела. Однако из-за того, что хороший двигатель может иметь токи коллектора в десятки раз выше, чем типичный рабочий ток, с этим драйвером могут использоваться двигатели с токами заклинивания, которые составляют сотни ампер, до тех пор, пока рабочий ток будет оставаться низким. Например, двигатель с током 100 А может хорошо работать при 10 А, оставляя безопасный запас для тока в течение нескольких минут за время в течение нескольких секунд. Однако, если двигатель полностью останавливается в течение более длительного периода времени, двигатель или драйвер, вероятно, будут сгорать от перегрузки.

Условия неисправности (аварийной ситуации):

Драйвер двигателя может обнаруживать три разных состояния аварийной ситуации, которые сообщаются на контактах FF1 и FF2. Обнаруженные неисправности - это короткие замыкания на выходе, пониженное напряжение и перегрев. Ошибка короткого замыкания означает, что выходы будут оставаться выключенными, а флаг неисправности будет оставаться высоким, до тех пор, пока плата не будет сброшена ( сброс RESET низкий). Недостаточное напряжение отключает выходы, но не фиксируется. Сбой перегрева обеспечивает косвенную индикацию того, что плата слишком горячая, но она не указывает непосредственно на температуру полевых МОП-транзисторов, которые обычно являются первыми компонентами для перегрева. Ниже описана операция флага ошибки.

Назначение выводов:

• V+ - Вход напряжения питания силовой части драйвера
• 5V - Выход внутреннего стабилизатора напряжения для питания дополнительного оборудования. Ни при каких обстоятельствах нельзя на этот выход подавать внешнее напряжение питания - это неминуемо приведет к выходу драйвера из строя. Так же нельзя даже кратковременно замыкать этот вывод на соседний вывод V+
• VCS - Напряжение питания датчика выходного тока
• GND - Общий вывод логической и силовой части драйвера
• CS - Выход датчика тока. Напряжение на выходе пропорционально току двигателя при движении (но не во время торможения, в том числе при активном ограничении тока). Выходное напряжение составляет около 66 мВ / А с центром в 2,5 В
• V+ и GND - Монтажные отверстия для подключения дополнительного электролитического конденсатора большой ёмкости.
• OUTA - Первый вывод подключения двигателя
• OUTB - Второй вывjдо подключения двигателя
• PWMH - Вход ШИМ управления двигателем
• PWML - Вход ШИМ управления двигателем. Управляющий вход, который позволяет включать выбег, когда оба PWML и PWMH в низком уровне
• DIR - Вход направлением вращения двигателя: когда DIR высокого уровня ток будет течь от OUTA до OUTB, когда он низкого ток будет протекать от OUTB до OUTA
• RESET - Вход, низкий уровень на котором, переводит драйвер в режим пониженного энергопотребления (режим сна)
• FF1 и FF2 - Выходы аварийной ситуации. Высокий логический уровень на которых сигнализирует об аварийной ситуации

Комплектность драйвера:

Характеристики:

• Количество каналов управления: 1
• Минимальное рабочее напряжение: 5,5В
• Максимальное рабочее напряжение: 50В
• Продолжительный выходной ток: 20A
• Чувствительность датчика тока: 0.066В/A
• Максимальная частота ШИМ: 40 кГц
• Максимальное напряжение логической части драйвера: 5.5В
• Сопротивление открытого канала MOSFET транзистора: 4.8 мОм
• Защита от переполюсочвки источника питания: Отсутствует
• Размеры: 4,57 х 3 см
• Вес: 7 грамм

Ссылки:

• Даташит на IPD048N06L3 G
• Даташит на датчик тока
• Страница продукта на сайте Pololu