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

Этот дискретный драйвер коллекторного двигателя с МОП-транзистором обеспечивает двунаправленное управление одним мощным двигателем 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.

Примечание. Напряжение аккумуляторной батареи может быть значительно выше номинального напряжения при зарядке, поэтому рекомендуемое нами максимальное напряжение батареи 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 в себя защиту от обратного питания или защиту от перегрузки по току или перегреву. Рекомендуется 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, необходимый для драйвера, 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 (обозначены «+» 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 конденсатор большей емкости. Существует два варианта подключения к мощным сигналам (V+, OUTA, OUTB, GND).

Логические соединения предназначены для взаимодействия с системами 5В (максимум 5,5В); минимальный порог входного сигнала составляет 3,5 В, поэтому мы не рекомендуем подключать это устройство непосредственно к контроллеру 3,3 В. В типовой конфигурации нужны только PWMH и DIR, но PWML может использоваться для включения выбегания, если оба PWML и PWMH находятся в состоянии низкого логического уровня PWML подтянут к источнику питания, а PWMH привлечен к земле. Для обнаружения проблем можно контролировать два вывода флага ошибки (FF1 и FF2) (более подробную информацию см. в таблице флагов). контакт сброса подтянут к V+ через резистор 20 кОм. Когда он удерживается на низком уровне, он переключает драйвер в режим с низким энергопотреблением и очищает фиксированные флаги ошибок. Вывод V+ на логической стороне платы дает вам возможность контролировать питание драйвера или питать низковольтные устройства (он не должен использоваться для больших токов). Плата также снабжена регулируемым выводом 5 В, который может снабжать несколько миллиампер (это, как правило, недостаточно для всей схемы управления, но может быть полезным как эталон или для маломощных микроконтроллеров). Этот выход может быть сокращен на VCS для питания датчика тока или VCS может питаться 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 снабжать 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 не превышает 1,5%).

Параметры управления двигателем:

Драйвер двигателя можно использовать в нескольких режимах:

• Стандартный режим управления с торможением: если PWML отключен 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 оказывают движение двигателю, устанавливая полное напряжение V+ на двигатель в направлении, определяемом контактом DIR, во время низкой части ШИМ выходы драйвера тормозят двигатель, запирая 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 оказывают движение двигателю, 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 отключен 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, запирая обе 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, определенным рабочим циклом.
• Блокированная антифаза: 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, совершить 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, драйвер имеет мертвое время (когда выходы не подключены) примерно 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 есть, поэтому постепенное увеличение входящего 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 разных условий, таких как температура окружающей среды и нагрузка двигателя. Основное ограничение происходит от нагревания и рассеяния 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 рассеяние достаточного количества тепла для поддержки 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 остановки 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 заклиненными токами, которые составляют сотни ампер, до тех пор, пока рабочий ток будет оставаться низким. К примеру, 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 выявлять три различных 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, пока плата не будет сброшена (сброс RESET низкий). Недостаточное напряжение отключает выходы, но не фиксируется. Сбой перегрева обеспечивает косвенную индикацию того, что плата слишком горяча, но она не указывает непосредственно на температуру полевых МОП-транзисторов, обычно являющихся первыми компонентами для перегрева. Ниже описана операция флага ошибки.

Характеристики:

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