Драйвер двигателей постоянного тока DRM-7710 — различия между версиями
Vooon (обсуждение | вклад) |
м (→Описание схемы и работы модуля.) |
||
(не показано 25 промежуточных версий 2 участников) | |||
Строка 13: | Строка 13: | ||
<img src="http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/pelte_1b.png"></img> <img src="http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/motor_1b.png"></img> | <img src="http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/pelte_1b.png"></img> <img src="http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/motor_1b.png"></img> | ||
--> | --> | ||
− | + | <gallery> | |
− | + | Image:stepper_1b.png | |
− | + | Image:solenoid_1b.png | |
− | + | Image:pelte_1b.png | |
− | + | Image:motor_1b.png | |
− | + | </gallery> | |
− | + | ||
+ | http://roboforum.ru/mediawiki/images/8/8e/Stepper_1b.png | ||
+ | |||
+ | Image:solenoid_1b.png | ||
+ | Image:pelte_1b.png | ||
+ | Image:motor_1b.png | ||
Так как наиболее часто гибкое управление требуется при работе с коллекторным двигателем, то далее будет рассмотрено применение модуля совместно с данным типом нагрузки. | Так как наиболее часто гибкое управление требуется при работе с коллекторным двигателем, то далее будет рассмотрено применение модуля совместно с данным типом нагрузки. | ||
Строка 160: | Строка 165: | ||
!Режим | !Режим | ||
|- | |- | ||
− | |<!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/12.gif[/img] --> [[Изображение:jumper-1-2.gif]] | + | |<!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/12.gif[/img] --> [[Изображение:jumper-1-2.gif]]<br>[[Изображение:in1.gif]] |
− | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]]<br>[[Изображение:in2.gif]] |
− | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]]<br>[[Изображение:Pwm.gif]] |
|при такой конфигурации джамперов модуль обрабатывает сигналы для Motor 1 | |при такой конфигурации джамперов модуль обрабатывает сигналы для Motor 1 | ||
|- | |- | ||
− | |<!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/23.gif[/img] --> [[Изображение:jumper-2-3.gif]] | + | |<!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/23.gif[/img] --> [[Изображение:jumper-2-3.gif]]<br>[[Изображение:in1.gif]] |
− | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]]<br>[[Изображение:in2.gif]] |
− | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]]<br>[[Изображение:Pwm.gif]] |
|при такой конфигурации джамперов модуль обрабатывает сигналы для Motor 2 | |при такой конфигурации джамперов модуль обрабатывает сигналы для Motor 2 | ||
|} | |} | ||
+ | |||
{| class="standard" | {| class="standard" | ||
Строка 175: | Строка 181: | ||
! Режим | ! Режим | ||
|- | |- | ||
− | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]]<br>[[Изображение:Vcc.gif]] |
| микросхема 74HC02 запитана от внешнего источника через разъём «CTRL». | | микросхема 74HC02 запитана от внешнего источника через разъём «CTRL». | ||
|- | |- | ||
− | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]]<br>[[Изображение:Vcc.gif]] |
|микросхема 74HC02 запитана от того же источника, что и мотор. | |микросхема 74HC02 запитана от того же источника, что и мотор. | ||
|} | |} | ||
Строка 187: | Строка 193: | ||
! Режим | ! Режим | ||
|- | |- | ||
− | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]]<br>[[Изображение:Error.gif]] |
| ERROR-флаг выведен на ножку 5 разъёма «CTRL». | | ERROR-флаг выведен на ножку 5 разъёма «CTRL». | ||
|- | |- | ||
− | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]]<br>[[Изображение:Error.gif]] |
|ERROR-флаг выведен на ножку 7 разъёма «CTRL». | |ERROR-флаг выведен на ножку 7 разъёма «CTRL». | ||
|} | |} | ||
+ | |||
{| class="standard" | {| class="standard" | ||
Строка 198: | Строка 205: | ||
! Режим | ! Режим | ||
|- | |- | ||
− | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]]<br>[[Изображение:Current.gif]] |
|Вывод токоизмерительного шунта подключён к ножке 7 разъёма «CTRL». | |Вывод токоизмерительного шунта подключён к ножке 7 разъёма «CTRL». | ||
|- | |- | ||
− | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]]<br>[[Изображение:Current.gif]] |
|Вывод токоизмерительного шунта подключён к ножке 5 разъёма «CTRL». | |Вывод токоизмерительного шунта подключён к ножке 5 разъёма «CTRL». | ||
|} | |} | ||
− | [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/pcb-elements_1.png[/img] | + | <!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/pcb-elements_1.png[/img] --> |
− | Расположение джамперов на печатной плате. | + | <center>[[Изображение:drm-pcb-elements.png]] |
+ | |||
+ | Расположение джамперов на печатной плате.</center> | ||
Состояние ротора мотора в зависимости от логических | Состояние ротора мотора в зависимости от логических | ||
− | уровней на выводах | + | уровней на выводах ''IN1'', ''IN2'' и ''PWM'': |
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | + | {| class="standard" | |
+ | !IN1 | ||
+ | !IN2 | ||
+ | !PWM | ||
+ | ! | ||
+ | |- | ||
+ | |0||0||1||торможение вращения | ||
+ | |- | ||
+ | |0||1||0||торможение вращения вправо | ||
+ | |- | ||
+ | |1||0||0||торможение вращения влево | ||
+ | |- | ||
+ | |1||0||1||вращение вправо | ||
+ | |- | ||
+ | |0||1||1||вращение влево | ||
+ | |- | ||
+ | |0||0||0||свободное вращение | ||
+ | |- | ||
+ | |1||1||0||торможение вращения | ||
+ | |} | ||
+ | |||
+ | == Комплектация различных версий модуля. == | ||
Существует три основных версии модуля DRM-7710, отличия версий сведены в таблицу: | Существует три основных версии модуля DRM-7710, отличия версий сведены в таблицу: | ||
− | + | {| class="standard" | |
− | + | !Опция | |
− | Светодиод индикатор питания | + | !DRM-7710-P |
− | Предохранитель MultiFuse | + | !DRM-7710-M |
− | Встроенный стабилизатор 78L05 | + | !DRM-7710-L |
− | Токовый Шунт 0,01 Ом | + | |- |
− | Радиатор | + | |Светодиод индикатор питания || + || + || + |
− | Тип силовых контактов | + | |- |
− | Рекомендуемый продолжительный ток нагрузки 3 А | + | |Предохранитель MultiFuse || + || + || + |
− | Ориентировочная цена в евро 14 | + | |- |
− | + | |Встроенный стабилизатор 78L05<ref name="perem">для сохранения правильной работы модуля в соответствующих местах платы установлены проволочные перемычки, а неиспользуемые джамперы отсутствуют.</ref> | |
+ | | + || + || - | ||
+ | |- | ||
+ | |Токовый Шунт 0,01 Ом<ref name="perem"> </ref> || + || - || - | ||
+ | |- | ||
+ | |Радиатор || + || - || - | ||
+ | |- | ||
+ | |Тип силовых контактов ||штекер || штекер || клеммы | ||
+ | |- | ||
+ | |Рекомендуемый продолжительный ток нагрузки ||3 А || до 2 А || до 2 А | ||
+ | |- | ||
+ | |Ориентировочная цена в евро ||14 || 10 || 8 | ||
+ | |} | ||
− | Существует так же вариант модуля с окончанием | + | Существует так же вариант модуля с окончанием '''-W''', например '''DRM-7710-L-W'''. |
В этом случае разъём «CTRL» располагается под углом 90° к плате. | В этом случае разъём «CTRL» располагается под углом 90° к плате. | ||
Строка 243: | Строка 275: | ||
ксилольно-канифольного лака, в переходные отверстия запаяны отрезки медного провода. | ксилольно-канифольного лака, в переходные отверстия запаяны отрезки медного провода. | ||
− | [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-P_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-M_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-L_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-P-W_1.jpg[/img] | + | <!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-P_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-M_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-L_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/DRM-7710-P-W_1.jpg[/img] --> |
+ | <gallery> | ||
+ | Image:DRM-7710-P.jpg | ||
+ | Image:DRM-7710-M.jpg | ||
+ | Image:DRM-7710-L.jpg | ||
+ | Image:DRM-7710-P-W.jpg | ||
+ | </gallery> | ||
− | + | == Результаты тестов. == | |
Ниже показаны осциллограммы входа ШИМ и напряжения | Ниже показаны осциллограммы входа ШИМ и напряжения | ||
− | на | + | на ''резистивной'' нагрузке (3,71 Ом при 14 вольтах): |
− | [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/imp_in_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/imp_out_1.jpg[/img] | + | <!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/imp_in_1.jpg[/img] [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/imp_out_1.jpg[/img] --> |
− | + | <gallery> | |
+ | Image:Drm-imp-in.jpg | ||
+ | Image:Drm-imp-out.jpg | ||
+ | </gallery> | ||
− | + | === Результаты тестов модуля DRM-7710-P === | |
− | |||
− | |||
− | + | # ''Термический тест.'' Резистивная нагрузка 3,7 Ом при 14 вольтах с ШИМ 41кГц (8,1/15,6 мкс). Длительность теста 30 минут. <br />''Результат:'' температура радиатора достигла приблизительно 40°C и далее не повышалась. | |
− | полностью открытым плечом. Длительность теста 30 минут. | + | # ''Термический тест.'' Резистивная нагрузка 3,7 Ом при 14 вольтах с полностью открытым плечом. Длительность теста 30 минут. <br />''Результат:'' температура радиатора достигла около 70°C и далее не повышалась. |
− | + | # ''Электрический тест.'' Измерение минимального напряжения питания силовой части модуля. Микросхема 74HC02 питается от отдельного источника. ШИМ 41кГц (8,1/15,6 мкс). <br />''Результат:'' Импульсы напряжения на выходе зарегистрированы начиная от 4,5 вольт питания. | |
− | + | == Сноски == | |
− | + | <references /> | |
− |
Текущая версия на 22:27, 27 декабря 2008
Модуль: DRM-7710
Содержание
Применение модуля
Рассматриваемый модуль предназначен для гибкого управления потребителем постоянного тока до 3 Ампер (кратковременно - до 15 Ампер) при напряжении от 6 до 30 вольт. Так же модуль может обеспечивать плавное регулирование отдаваемой мощности на нагрузке. Нагрузкой модуля может выступать как потребитель с чисто активным сопротивлением (лампы накаливания, нагреватели, элементы пельтье), так и индуктивным (обмотки шаговых моторов, обмотки трансформаторов, коллекторные двигатели).
http://roboforum.ru/mediawiki/images/8/8e/Stepper_1b.png
Image:solenoid_1b.png Image:pelte_1b.png Image:motor_1b.png
Так как наиболее часто гибкое управление требуется при работе с коллекторным двигателем, то далее будет рассмотрено применение модуля совместно с данным типом нагрузки.
Под "гибким" подразумевается следующие виды управления:
- Изменение направления вращения ротора двигателя;
- Изменение скорости вращения ротора;
- Торможение двигателя;
Принцип работы
Как известно для изменения направления вращения ротора коллекторного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов достаточно изменить полярность питания на его выводах. Для этого применяют схему так называемого H-моста (ввиду схожести схемы с латинской буквой "H").
H-мост состоит из четырёх ключей S1, S2, S3, S4. Пары ключей S1, S2 и S3, S4 называют плечами H-моста. Таким образом, замыкая диагонально расположенные ключи S1 и S4 или S2 и S3 можно менять полярность питания на выводах мотора, а значит и направление вращения его ротора. Внимание! Следует заметить, что замыкание обоих ключей одного или обоих плечей одновременно, например S1 и S2, является недопустимым, так как в таком случае выводы источника питания будут замкнуты накоротко. Другим особенным состоянием ключей Н-моста является положение, при котором замкнуты противолежащие ключи S1 и S3 или S2 и S4. В таком положении якорь мотора будет электромагнитно заторможен, так как его выводы будут замкнуты между собой.
Для управления скоростью вращения мотора в основном применяют Широтно-Импульсную Модуляцию. ШИМ заключается в том, что питание на выводы мотора подаётся не постоянно, а периодически на короткое время. Регулируя длительность импульса напряжения на двигателе можно регулировать результирующую мощность, отдаваемую в двигатель. То есть пропуская ток периодично импульсами через одну из диагоналей Н-моста, регулируется и скорость вращения ротора мотора.
В качестве управляемого ключа наиболее распространены схемные решения построения Н-моста с использованием MOSFET транзисторов, разновидности полевых транзисторов, ввиду очень малого их сопротивления "сток-исток" в открытом состоянии. Существует так же множество специализированных микросхем-драйверов, которые уже включают в себя весь Н-мост, а часто и часть управляющей и вспомогательной электроники.
Один из таких драйверов в интегральном исполнении BTS7710GP применён в рассматриваемом модуле.
Характеристики модуля DRM-7710.
Микросхема BTS7710GP была разработана фирмой Infineon Technologies AG и специально оптимизирована для управления моторами постоянного тока и представляет собой четыре ключа на MOSFET-транзисторах, управляющую схему и схему диагностики ошибок.
Микросхема BTS7710GP имеет следующие основные электрические характеристики:
- Ток нагрузки до 3 Ампер (или импульсом до 15 Ампер);
- Сопротивление плеча Н-моста около 120 мОм;
- Защиту от замыканий в нагрузке или на общий провод;
- Защиту от перегрева и снижения напряжения питания;
- Напряжение питания от 5 до 40 Вольт;
- Возможность управлять ШИМ частотой до 50 кГц;
Полный справочный листок на BTS7710GP можно получить, например, по этой ссылке: BTS7710GP.
На этой микросхеме был собран достаточно мощный и малогабаритный модуль управления потребителем постоянного тока со следующими характеристиками:
- Продолжительный ток нагрузки: 3 Ампера;
- Напряжение питания: от 6 до 30 Вольт;
- Потребляемый ток: 7,6 мА;
- Размеры модуля без штекеров: 78 х 50 х 18 мм;
Ещё раз стоит напомнить, что применение модуля не ограничивается использованием только для коллекторного двигателя постоянного тока. Нагрузкой модуля может так же служить любой тип нагрузки, подходящий по напряжению и току.
Описание схемы и работы модуля.
Так как у драйвера BTS7710GP управляются все четыре ключа раздельно, на плате модуля дополнительно установлена микросхема логики 74HC02, что упростило управление и сэкономило количество управляющих выводов.
На разъём управления «CTRL» выведены сигналы управления Н-мостом, сигнал ошибки, выход с токового шунта для измерения потребляемого тока нагрузкой, а так же напряжение питания для вспомогательной микросхемы 74HC02.
Разъём «CTRL» имеет распиновку:
Вывод | Назначение |
---|---|
1 | Motor 1 IN 1 |
2 | Motor 1 IN 2 |
3 | Motor 2 IN 1 |
4 | Motor 2 IN 2 |
5 | Вывод токоизмерительного шунта или ERROR-флаг[1] |
6 | Enable Motor1 on (PWM) |
7 | ERROR-флаг или Вывод токоизмерительного шунта[1] |
8 | Enable Motor2 on (PWM) |
9 | GND |
10 | VCC 5V |
Наличие выводов управления Motor 1 и Motor 2 объясняется возможностью использования двух подобных модулей на одном кабеле. Выбор необходимого модуля в качестве драйвера для мотора-1 или мотора-2 производится установленными на плате джамперами.
Так же на плате установлены джамперы для выбора, на какой из пинов штекера «CTRL» будет выведен выход токового шунта или вывод «ERROR-флаг».
И в дополнение, если нет возможности запитки микросхемы 74HC02 от наружного стабилизированного источника питания, на плате расположен маломощный стабилизатор, который подключается дополнительным джампером (в версиях модуля DRM-7710-P и DRM-7710-M).
Пин «ERROR-флаг» может использоваться для контроля правильной работы модуля. При нормальной работе на этом выводе установлен лог. «1», в случае перегрева или замыкания на выходе драйвера пин «ERROR-флаг» переходит в состояние низкого логического уровня.
Наличие на плате модуля токоизмерительного шунта позволяет оценивать протекающий ток в нагрузке, что может быть необходимо в некоторых случаях. Что бы максимально уменьшить потери напряжения, сопротивление шунта выбрана 0,01 Ом. Напряжение 30 милливольт, снимаемые с шунта при нагрузке 3 Ампера, можно использовать для контроля протекающего через нагрузку тока. Применение радиатора на микросхеме драйвера облегчает его работу на предельных токах и при частых импульсных перегрузках.
Все выводы разъёма «CTRL», кроме вывода токоизмерительного шунта могут быть соединены с микросхемами стандартной логики с питанием от напряжения 5 вольт, а так же с распространёнными типами микроконтроллеров.
Конфигурирование модуля производится джамперами по следующей схеме:
IN1 | IN2 | PWM | Режим |
---|---|---|---|
при такой конфигурации джамперов модуль обрабатывает сигналы для Motor 1 | |||
при такой конфигурации джамперов модуль обрабатывает сигналы для Motor 2 |
LOGIC-VCC | Режим |
---|---|
микросхема 74HC02 запитана от внешнего источника через разъём «CTRL». | |
микросхема 74HC02 запитана от того же источника, что и мотор. |
ERROR | Режим |
---|---|
ERROR-флаг выведен на ножку 5 разъёма «CTRL». | |
ERROR-флаг выведен на ножку 7 разъёма «CTRL». |
CURRENT | Режим |
---|---|
Вывод токоизмерительного шунта подключён к ножке 7 разъёма «CTRL». | |
Вывод токоизмерительного шунта подключён к ножке 5 разъёма «CTRL». |
Состояние ротора мотора в зависимости от логических уровней на выводах IN1, IN2 и PWM:
IN1 | IN2 | PWM | |
---|---|---|---|
0 | 0 | 1 | торможение вращения |
0 | 1 | 0 | торможение вращения вправо |
1 | 0 | 0 | торможение вращения влево |
1 | 0 | 1 | вращение вправо |
0 | 1 | 1 | вращение влево |
0 | 0 | 0 | свободное вращение |
1 | 1 | 0 | торможение вращения |
Комплектация различных версий модуля.
Существует три основных версии модуля DRM-7710, отличия версий сведены в таблицу:
Опция | DRM-7710-P | DRM-7710-M | DRM-7710-L |
---|---|---|---|
Светодиод индикатор питания | + | + | + |
Предохранитель MultiFuse | + | + | + |
Встроенный стабилизатор 78L05[2] | + | + | - |
Токовый Шунт 0,01 Ом[2] | + | - | - |
Радиатор | + | - | - |
Тип силовых контактов | штекер | штекер | клеммы |
Рекомендуемый продолжительный ток нагрузки | 3 А | до 2 А | до 2 А |
Ориентировочная цена в евро | 14 | 10 | 8 |
Существует так же вариант модуля с окончанием -W, например DRM-7710-L-W. В этом случае разъём «CTRL» располагается под углом 90° к плате.
От заводской печатной платы с шелкографией и металлизацией было решено отказаться в пользу низкой цены готового модуля. Печатная плата защищена от коррозии слоем ксилольно-канифольного лака, в переходные отверстия запаяны отрезки медного провода.
Результаты тестов.
Ниже показаны осциллограммы входа ШИМ и напряжения на резистивной нагрузке (3,71 Ом при 14 вольтах):
Результаты тестов модуля DRM-7710-P
- Термический тест. Резистивная нагрузка 3,7 Ом при 14 вольтах с ШИМ 41кГц (8,1/15,6 мкс). Длительность теста 30 минут.
Результат: температура радиатора достигла приблизительно 40°C и далее не повышалась. - Термический тест. Резистивная нагрузка 3,7 Ом при 14 вольтах с полностью открытым плечом. Длительность теста 30 минут.
Результат: температура радиатора достигла около 70°C и далее не повышалась. - Электрический тест. Измерение минимального напряжения питания силовой части модуля. Микросхема 74HC02 питается от отдельного источника. ШИМ 41кГц (8,1/15,6 мкс).
Результат: Импульсы напряжения на выходе зарегистрированы начиная от 4,5 вольт питания.
Сноски
- ↑ 1 2 выбирается установкой джамперов в соответствующие положение. Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
: название «sel-jump» определено несколько раз для различного содержимого - ↑ 1 2 для сохранения правильной работы модуля в соответствующих местах платы установлены проволочные перемычки, а неиспользуемые джамперы отсутствуют. Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
: название «perem» определено несколько раз для различного содержимого