Pilote de moteur haute puissance Pololu G2 24v13 POLOLU 2992

POLOLU-2992

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Pilote de moteur haute puissance Pololu G2 24v13 POLOLU 2992

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Ce pilote de moteur à pont en H MOSFET discret permet le contrôle bidirectionnel d'un moteur à balais CC haute puissance. La petite carte 1,3 ″ × 0,8 ″ prend en charge une large plage de tension de 6,5 V à 40 V et est suffisamment efficace pour fournir une alimentation continue de 13 A sans dissipateur thermique. Les fonctionnalités supplémentaires de ce pilote de deuxième génération (G2) incluent la protection contre les tensions inverses ainsi que la détection de courant de base et la fonctionnalité de limitation de courant.

Aperçu

Le pilote de moteur haute puissance Pololu G2 est un pont en H MOSFET discret conçu pour entraîner de gros moteurs CC à balais. Le pont en H est composé d'un MOSFET à canal N par tronçon; le reste de la carte contient les circuits pour prendre les entrées de l'utilisateur et contrôler les MOSFET. La tension maximale absolue pour ce pilote de moteur est de 40 V, et des tensions plus élevées peuvent détruire définitivement le pilote de moteur. Dans des conditions de fonctionnement normales, la tension d'ondulation sur la ligne d'alimentation peut augmenter la tension maximale à plus que la tension moyenne ou prévue, de sorte qu'une tension maximale sûre est d'environ 34 V.

Remarque: les tensions de batterie peuvent être beaucoup plus élevées que les tensions nominales lorsqu'elles sont chargées, de sorte que la tension nominale maximale de la batterie que nous recommandons est de 28 V à moins que des mesures appropriées ne soient prises pour limiter la tension de crête.

La polyvalence de ce pilote le rend adapté à une large gamme de courants et de tensions: il peut fournir jusqu'à 13 A de courant continu avec une taille de carte de seulement 1,3 "× 0,8" et aucun dissipateur thermique requis. Le module offre une interface simple qui nécessite aussi peu que deux lignes d'E / S tout en vous permettant de choisir entre un fonctionnement de grandeur de signe ou de verrouillage antiphase. Une sortie de détection de courant donne un indicateur du courant du moteur et le pilote peut limiter le courant du moteur à un seuil configurable. Les entrées d'alimentation disposent d'une protection contre les tensions inverses, tandis que la détection intégrée de diverses conditions de défaut aide à se protéger contre d'autres causes courantes de défaillance catastrophique; cependant, veuillez noter que la carte n'inclut pas de protection contre la surchauffe.

Le pilote de moteur haute puissance G2 24v13 est un successeur de deuxième génération de notre pilote de moteur haute puissance 24v12 original et peut être utilisé comme un remplacement quasi instantané dans des applications typiques. Voir «Différences par rapport aux pilotes de moteur haute puissance d'origine» ci-dessous pour plus de détails.

Cette version se distingue du 18v17 par le numéro 100 au-dessus du grand condensateur électrolytique en argent.

Caractéristiques

  • Tension de fonctionnement: 6,5 V à 40 V (maximum absolu)
  • Courant de sortie: 13 A en continu
  • Entrées compatibles avec les logiques 1,8 V, 3,3 V et 5 V
  • Fonctionnement PWM jusqu'à 100 kHz
  • Sortie de détection de courant proportionnelle au courant du moteur (environ 40 mV / A; uniquement active lorsque le pont en H est en marche)
  • Limitation de courant actif (hachage) avec seuil par défaut de 30 A (peut être ajusté plus bas)
  • Protection contre les inversions de tension
  • Arrêt en cas de sous-tension
  • Protection de court circuit

Versions de pilote de moteur haute puissance G2

Il existe quatre versions des pilotes de moteur haute puissance G2 à un canal qui partagent des brochages compatibles, et huit versions des pilotes de moteur haute puissance G2 à double canal. Quatre des pilotes à double canal ont le facteur de forme d'un blindage Arduino, mais ils peuvent également être utilisés avec d'autres contrôleurs en tant que pilotes de moteur à usage général. Les quatre autres pilotes double canal ont la forme d'un Raspberry Pi HAT et de cartes Raspberry Pi compatibles (modèle B + ou plus récent). Le tableau suivant fournit une comparaison des pilotes G2:

Pilotes de moteurs haute puissance Pololu G2

Canaux de moteur
Nom
Tension d'entrée maximale absolue

Tension nominale maximale de la batterie

Courant continu maximum par
canal
Seuil de
limitation de courant actif par défaut
1 Pilote de moteur haute puissance G2 18v25 30 V 18 V 25 A 60 A
Pilote de moteur haute puissance G2 18v17 17 A 40 A
Pilote de moteur haute puissance G2 24v21 40 V 28 V 21 A 50 A
Pilote de moteur haute puissance G2 24v13 13 A 30 A
2 Blindage 18v22 de pilote de moteur haute puissance double G2 30 V 18 V 22 A 60 A
Bouclier 18v18 de pilote de moteur haute puissance double G2 18 A 50 A
Bouclier de pilote de moteur haute puissance double G2 24v18 40 V 28 V 18 A 50 A
Bouclier de pilote de moteur haute puissance double G2 24v14 14 A 40 A
Pilote de moteur double G2 haute puissance 18v22 pour RPi 30 V 18 V 22 A 60 A
Pilote de moteur double G2 haute puissance 18v18 pour RPi 18 A 50 A
Pilote de moteur double G2 haute puissance 24v18 pour RPi 40 V 28 V 18 A 50 A
Pilote de moteur double G2 haute puissance 24v14 pour RPi 14 A 40 A

Pilote de moteur haute puissance Pololu G2 24v21 et 24v13.

Blindage 24v18 pour pilote de moteur haute puissance Pololu Dual G2 pour Arduino.

Blindage de pilote de moteur haute puissance Pololu Dual G2 24v14 pour Arduino.

Pilote de moteur haute puissance Pololu Dual G2 18v18 pour Raspberry Pi.

Pilote de moteur haute puissance Pololu Dual G2 18v22 pour Raspberry Pi.

Remarque: en tant qu'alternative à ces pilotes de moteur, nos contrôleurs de moteur simples ont des caractéristiques de puissance similaires et offrent des interfaces de haut niveau (par exemple, USB, impulsions d'asservissement RC hobby, tensions analogiques et commandes série TTL) qui les rendent plus faciles à utiliser pour certaines applications .

Utilisation du pilote de moteur

Connexions

Les connexions d'alimentation du moteur et du moteur se trouvent d'un côté de la carte et les connexions de commande (logique 1,8 V à 5 V) de l'autre côté. L'alimentation du moteur doit être capable de fournir un courant élevé. Il existe deux options pour réaliser les connexions haute puissance (VIN, OUTA, OUTB, GND): de grands trous espacés de 5 mm, compatibles avec les borniers inclus, et des paires de trous espacés de 0,1 ″ pouvant être utilisés avec perfboards, breadboards et connecteurs 0,1 ″ .

Pour de bonnes performances, il est très important d'installer un gros condensateur sur l'alimentation du moteur et la masse à proximité du pilote du moteur. Nous recommandons généralement d'utiliser un condensateur d'au moins quelques centaines de μF et bien au-dessus de la tension d'alimentation maximale; la capacité requise sera plus grande si l'alimentation est faible ou éloignée (à plus d'un pied environ) du pilote, et elle dépendra également d'autres facteurs tels que les caractéristiques du moteur et la fréquence PWM appliquée. Un condensateur traversant peut être installé directement sur la carte dans les trous étiquetés «+» et «-» (connectés respectivement à VM et GND). Le pilote comprend un condensateur embarqué de 100 µF, ce qui peut être suffisant pour de brefs tests et un fonctionnement limité à faible puissance, mais l'ajout d'un condensateur plus gros est fortement recommandé pour la plupart des applications.

Avertissement: prenez les mesures de sécurité appropriées lorsque vous utilisez des composants électroniques haute puissance. Assurez-vous de savoir ce que vous faites lorsque vous utilisez des tensions ou des courants élevés! Pendant le fonctionnement normal, ce produit peut devenir suffisamment chaud pour vous brûler. Faites attention lorsque vous manipulez ce produit ou d'autres composants qui y sont connectés.

Les connexions logiques sont conçues pour s'interfacer avec des systèmes de 1,8 V à 5 V (5,5 V max).

Brochage

ÉPINGLERÉtat par défautLa description
VIN   Il s'agit de la connexion d'alimentation principale du moteur 6,5 V à 40 V (max absolu).
VM   Cette broche vous donne accès à l'alimentation du moteur après protection contre les inversions de tension. Il peut être utilisé pour fournir une alimentation protégée contre les inversions à d'autres composants du système, mais il ne doit pas être utilisé pour des courants élevés. Cette broche ne doit être utilisée que comme sortie.
+, -   Ces plots sont destinés à un condensateur d'alimentation (ils sont connectés respectivement à VM et GND).
3V3 (sortie)   Cette sortie régulée de 3,3 V fournit quelques milliampères, ce qui peut être utile comme référence ou pour alimenter de petits circuits externes. Cette sortie ne doit pas être connectée à d'autres lignes d'alimentation externes. Il est désactivé lorsque le pilote est en mode veille. Veillez à ne pas court-circuiter accidentellement cette broche à la broche VM voisine pendant la mise sous tension, car cela détruirait instantanément la carte!
GND   Mise à la terre des alimentations logiques et moteurs.
OUTA   Broche de sortie du moteur A (se connecte à une borne d'un moteur à courant continu).
OUTB   Broche de sortie du moteur B (se connecte à l'autre borne d'un moteur à courant continu).
PWM FAIBLE Entrée de modulation de largeur d'impulsion: un signal PWM sur cette broche correspond à une sortie PWM sur les sorties moteur.
DIR FAIBLE Entrée de direction: lorsque DIR est élevé, le courant circulera de OUTA vers OUTB; lorsqu'il est bas, le courant circulera de OUTB vers OUTA.
SLP HAUTE Entrée de veille inversée: cette broche est tirée vers le haut par la carte de commande, activant le conducteur par défaut; drive SLP low pour mettre le pilote du moteur en mode veille à faible consommation.

Remarque: Sur la version originale de cette carte, étiquetée «md31a» sur la sérigraphie inférieure, cette broche est tirée vers le bas par défaut. La description ci-dessus s'applique à la version actuelle de cette carte, «md31c».
FLT   Indicateur de défaut: Cette sortie de drain ouvert est amenée au niveau bas lorsqu'un défaut s'est produit. Voir ci-dessous pour plus de détails. Afin d'utiliser cette sortie, vous devez tirer cette broche de l'extérieur jusqu'à la tension logique de votre système.
CS   Sortie de détection de courant: cette broche délivre une tension proportionnelle au courant du moteur lorsque le pont en H est en marche (mais pas pendant qu'il freine, y compris lorsque la limitation de courant est active). La tension de sortie est d'environ 40 mV / A plus un décalage de 50 mV.
VREF   Entrée de tension de référence: une résistance supplémentaire peut être connectée entre cette broche et GND pour abaisser le seuil de limitation de courant (hachage). Sans résistance supplémentaire, la limite de courant est par défaut d'environ 30 A. Voir ci-dessous pour plus de détails.

Options de contrôle du moteur

Avec la broche PWM maintenue basse, les deux sorties du moteur seront maintenues basses (une opération de freinage). Avec PWM haut, les sorties du moteur seront pilotées en fonction de l'entrée DIR. Cela permet deux modes de fonctionnement: la magnitude du signe, dans laquelle le cycle de service PWM contrôle la vitesse du moteur et le DIR contrôle la direction, et l'antiphase verrouillé, dans lequel un signal modulé en largeur d'impulsion est appliqué à la broche DIR avec PWM a tenu haut.

En fonctionnement antiphase verrouillé, un cycle de service bas entraîne le moteur dans un sens, et un cycle de service élevé entraîne le moteur dans l'autre direction; un cycle de service de 50% arrête le moteur. Une mise en œuvre réussie de l'antiphase verrouillée dépend de l'inductance du moteur et de la fréquence de commutation lissant le courant (par exemple, en rendant le courant nul dans le cas d'un rapport cyclique de 50%), une fréquence PWM élevée peut donc être nécessaire.

Tableau de vérité du pilote de moteur
PWMDIROUTAOUTBOpération
H H H L Avant
H L L H Sens inverse
L X L L Frein

Fréquence PWM

Le pilote de moteur prend en charge des fréquences PWM aussi élevées que 100 kHz, mais notez que les pertes de commutation dans le pilote seront proportionnelles à la fréquence PWM. En règle générale, environ 20 kHz est un bon choix pour un fonctionnement à amplitude de signe, car il est suffisamment élevé pour être ultrasonique, ce qui se traduit par un fonctionnement plus silencieux.

Une impulsion sur la broche PWM doit être élevée pendant une durée minimale d'environ 0,5 µs avant que les sorties ne s'activent pendant la durée correspondante (toute impulsion d'entrée plus courte ne produit pas de changement sur les sorties), de sorte que les cycles de fonctionnement faibles deviennent indisponibles aux hautes fréquences . Par exemple, à 100 kHz, la période d'impulsion est de 10 µs et le cycle de service minimal non nul pouvant être atteint est de 0,5 / 10 ou 5%.

Détection et limitation de courant

La broche de détection de courant du pilote, CS, délivre une tension proportionnelle au courant du moteur pendant que le pont en H est en marche. La tension de sortie est d'environ 40 mV / A plus un petit décalage, qui est généralement d'environ 50 mV.

La sortie CS est uniquement actif lorsque le pont en H est en mode entraînementil est inactif (bas) lorsque le conducteur est en mode freinage (décroissance lente), ce qui se produit lorsque l'entrée PWM est basse ou lorsque la limitation de courant est active. Le courant continuera à circuler dans le moteur lorsque le conducteur commence à freiner, mais la tension sur la broche CS ne reflètera pas avec précision le courant du moteur en mode de freinage. La tension CS est utilisée en interne par le pilote du moteur, donc pour éviter d'interférer avec le fonctionnement du pilote, vous devezne pas ajoutez un condensateur à cette broche ou connectez une charge qui en tire plus de quelques mA.

Le pilote G2 a la capacité de limiter le courant du moteur par hachage de courant: une fois que le courant d'entraînement du moteur atteint un seuil défini, le pilote passe en mode de freinage (décroissance lente) pendant environ 25 µs avant de remettre sous tension le moteur. Cela rend plus pratique l'utilisation du pilote avec un moteur qui ne peut tirer que quelques ampères pendant le fonctionnement, mais qui peut tirer plusieurs fois cette quantité (des dizaines d'ampères) lors du démarrage.

Le seuil de limitation de courant est réglé par défaut à environ 30 A. Vous pouvez abaisser la limite en connectant une résistance supplémentaire entre la broche VREF et la broche GND adjacente; le graphique ci-dessous montre la relation entre la limite de courant et la valeur de la résistance VREF. Par exemple, l'ajout d'une résistance de 100 kΩ entre VREF et GND abaisse la limite de courant à environ 16 A. Notez que la limitation de courant est moins précise à des réglages particulièrement bas (indiqués par la partie en pointillés de la courbe).

Conditions de défaut

Le pilote du moteur peut détecter plusieurs états de défaut qu'il signale en mettant la broche FLT au niveau bas; il s'agit d'une sortie à drain ouvert qui doit être tirée jusqu'à la tension logique de votre système. Les défauts détectables incluent les courts-circuits sur les sorties, la sous-tension et la surchauffe. Tous les défauts désactivent les sorties du moteur mais ne sont pas verrouillés, ce qui signifie que le pilote tentera de reprendre le fonctionnement lorsque la condition de défaut est supprimée (ou après un délai de quelques millisecondes en cas de défaut de court-circuit). Le défaut de surchauffe fournit une faible indication que la carte est trop chaude, mais il n'indique pas directement la température des MOSFET, qui sont généralement les premiers composants à surchauffer, vous devriez doncne pas comptez sur ce défaut pour éviter les dommages dus à des conditions de surchauffe.

Considérations sur la dissipation de puissance dans le monde réel

Les MOSFET peuvent gérer de grandes pointes de courant pendant de courtes durées (par exemple 100 A pendant quelques millisecondes), et le découpage de courant du pilote maintiendra le courant moyen sous la limite définie. Les valeurs nominales de crête concernent les transitoires rapides (par exemple, lorsqu'un moteur est mis en marche pour la première fois), et la valeur nominale continue de 13 A dépend de diverses conditions, telles que la température ambiante. PWMing le moteur introduira un chauffage supplémentaire proportionnel à la fréquence. Le courant réel que vous pouvez fournir dépendra de la façon dont vous pouvez garder le pilote du moteur au frais. La carte de circuit imprimé du pilote est conçue pour extraire la chaleur des MOSFET, mais les performances peuvent être améliorées en ajoutant un dissipateur thermique.

Avertissement: ce pilote de moteur n'a pas de coupure de surchauffe. Une condition de surchauffe ou de surintensité peut causer des dommages permanents au pilote du moteur. Vous pouvez envisager d'utiliser la sortie de détection de courant intégrée du pilote ou un capteur de courant externe pour surveiller votre consommation de courant.

Matériel inclus

Pilote de moteur haute puissance Pololu G2 18v17 ou 24v13 avec matériel inclus.

Pilote de moteur haute puissance Pololu G2 18v17 ou 24v13 assemblé avec en-têtes et borniers.

Deux embases mâles détachables droites à 8 broches et deux borniers à 2 broches de 5 mm sont inclus avec chaque pilote de moteur. Vous pouvez souder les borniers aux quatre grands trous traversants pour faire les connexions d'alimentation de votre moteur et de votre moteur, ou vous pouvez souder l'une des barrettes d'embase 1 × 8 0,1 ″ dans les petits trous traversants qui bordent ces trous plus grands. Notez, cependant, que les borniers ne sont évalués que pour 16 A et que chaque paire de broches d'en-tête n'est conçue que pour un 6 A combiné, donc pour les applications à plus forte puissance, les fils épais doivent être soudés directement à la carte.

L'autre bande d'en-tête 1 × 8 peut être soudée dans les petits trous du côté de la connexion logique de la carte pour permettre une utilisation avec des planches à pain sans soudure , des cartes de performance ou des connecteurs de 0,1 po , ou vous pouvez souder des fils directement à ces trous pour l'installation la plus compacte .

Remarque: dans la plupart des applications, il est nécessaire de connecter un grand condensateur supplémentaire (non inclus) sur l'alimentation électrique, comme décrit sous «Connexions» ci-dessus.

La carte possède deux 0,086 "(2,18 mm) de diamètre des trous de montage destinés à # 2 ou M2 vis (non inclus); ils sont séparés de 0,62 po (15,75 mm) à la fois horizontalement et verticalement.

Différences par rapport aux pilotes de moteur haute puissance d'origine

Le pilote de moteur haute puissance G2 est conçu pour fonctionner comme un remplacement quasi instantané de nos pilotes de moteur haute puissance d'origine; cette version, la 24v13 , est comparable à la 24v12 d' origine mais peut fournir des courants de sortie légèrement plus élevés dans la plupart des situations. Les dimensions globales de la carte et l'emplacement des trous de montage et de toutes les broches requises sont les mêmes pour les deux versions.

Ce pilote de deuxième génération ajoute de nouvelles fonctionnalités, notamment une protection contre la tension inverse sur les entrées d'alimentation et une fonctionnalité de base de détection de courant et de limitation de courant. Il fonctionne également avec des tensions logiques plus faibles, ce qui le rend compatible avec les systèmes 3,3 V; cependant, notez qu'il a une tension d'alimentation minimum du moteur légèrement plus élevée que le HPMD d'origine (6,5 V contre 5,5 V).

Le brochage du pilote G2 diffère de l'original de plusieurs manières:

  • Le pilote G2 n'a qu'une seule broche de défaut, qui est une sortie à drain ouvert qui est amenée à l'état bas lorsqu'un défaut se produit. (Le pilote d'origine avait deux broches de défaut qui étaient poussées haut pour indiquer des défauts.)
  • Une sortie de détection de courant est disponible sur le pilote G2 à la place de la deuxième broche de défaut.
  • Une nouvelle broche VREF et une broche GND adjacente vous permettent de connecter une résistance pour ajuster la limite de courant du pilote G2.
  • Le pilote G2 fournit une sortie 3,3 V au lieu de la sortie 5 V du pilote d'origine.

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