Драйвер двигателей постоянного тока DRM-7710 — различия между версиями
Vooon (обсуждение | вклад) (Новая: Модуль: '''DRM-7710''' == Применение модуля == Рассматриваемый модуль предназначен для гибкого управления по...) |
Vooon (обсуждение | вклад) |
||
| Строка 46: | Строка 46: | ||
Для управления скоростью вращения мотора в основном применяют | Для управления скоростью вращения мотора в основном применяют | ||
| − | [[Широтно-Импульсную Модуляцию]]. [[Широтно-Импульсная Модуляция|ШИМ]] заключается в том, что питание | + | [[Широтно-Импульсная Модуляция|Широтно-Импульсную Модуляцию]]. [[Широтно-Импульсная Модуляция|ШИМ]] заключается в том, что питание |
на выводы мотора подаётся не постоянно, а периодически на короткое время. Регулируя | на выводы мотора подаётся не постоянно, а периодически на короткое время. Регулируя | ||
длительность импульса напряжения на двигателе можно регулировать результирующую | длительность импульса напряжения на двигателе можно регулировать результирующую | ||
| Строка 95: | Строка 95: | ||
<!--[url=http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/sch_big_1.png][img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/sch_small_1.png[/img][/url]--> | <!--[url=http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/sch_big_1.png][img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/sch_small_1.png[/img][/url]--> | ||
| − | [[Изображение:drm-sch.png| | + | [[Изображение:drm-sch.png|400px|Принципиальная схема модуля]] |
На разъём управления «CTRL» выведены сигналы управления Н-мостом, сигнал ошибки, | На разъём управления «CTRL» выведены сигналы управления Н-мостом, сигнал ошибки, | ||
| Строка 102: | Строка 102: | ||
Разъём «CTRL» имеет распиновку: | Разъём «CTRL» имеет распиновку: | ||
| − | {| class=" | + | {| class="standard" |
! Вывод | ! Вывод | ||
| − | ! | + | ! Назначение |
|- | |- | ||
|1||Motor 1 IN 1 | |1||Motor 1 IN 1 | ||
| Строка 154: | Строка 154: | ||
Конфигурирование модуля производится джамперами по следующей схеме: | Конфигурирование модуля производится джамперами по следующей схеме: | ||
| − | {| | + | {| class="standard" |
| − | ! IN1 | + | !IN1 |
| − | ! IN2 | + | !IN2 |
| − | ! PWM | + | !PWM |
| + | !Режим | ||
| + | |- | ||
| + | |<!-- [img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/12.gif[/img] --> [[Изображение:jumper-1-2.gif]] | ||
| + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | ||
| + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | ||
| + | |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]] | ||
| + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | ||
| + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | ||
| + | |при такой конфигурации джамперов модуль обрабатывает сигналы для Motor 2 | ||
| + | |} | ||
| + | |||
| + | {| class="standard" | ||
| + | ! LOGIC-VCC | ||
! Режим | ! Режим | ||
|- | |- | ||
| − | |[ | + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] |
| − | + | | микросхема 74HC02 запитана от внешнего источника через разъём «CTRL». | |
| + | |- | ||
| + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | ||
| + | |микросхема 74HC02 запитана от того же источника, что и мотор. | ||
| + | |} | ||
| − | |||
| − | [ | + | {| class="standard" |
| + | ! ERROR | ||
| + | ! Режим | ||
| + | |- | ||
| + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | ||
| + | | ERROR-флаг выведен на ножку 5 разъёма «CTRL». | ||
| + | |- | ||
| + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | ||
| + | |ERROR-флаг выведен на ножку 7 разъёма «CTRL». | ||
| + | |} | ||
| − | + | {| class="standard" | |
| − | + | ! CURRENT | |
| − | + | ! Режим | |
| − | [ | + | |- |
| − | + | |[[Изображение:jumper-1-2.gif]] | |
| − | + | |Вывод токоизмерительного шунта подключён к ножке 7 разъёма «CTRL». | |
| − | + | |- | |
| − | + | |[[Изображение:jumper-2-3.gif]] | |
| + | |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] | ||
Версия 18:37, 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).
|
|
|
|
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». |
[img]http://nest.roboterbastler.de/kom_DRM-7710/scr/pcb-elements_1.png[/img] Расположение джамперов на печатной плате.
Состояние ротора мотора в зависимости от логических уровней на выводах [i]IN1[/i], [i]IN2[/i] и [i]PWM[/i]: [code=off] input pin: 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
[/code]
[b]5. Комплектация различных версий модуля.[/b] Существует три основных версии модуля DRM-7710, отличия версий сведены в таблицу:
[code=off]
DRM-7710-P DRM-7710-M DRM-7710-L
Светодиод индикатор питания + + + Предохранитель MultiFuse + + + Встроенный стабилизатор 78L05 * + + - Токовый Шунт 0,01 Ом * + - - 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 [/code] [i]* - для сохранения правильной работы модуля в соответствующих местах платы установлены проволочные перемычки, а неиспользуемые джамперы отсутствуют.[/i]
Существует так же вариант модуля с окончанием [b]-W[/b], например [i]DRM-7710-L-W[/i]. 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.
[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]
[b]5. Результаты тестов.[/b] Ниже показаны осциллограммы входа ШИМ и напряжения на [i]резистивной[/i] 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]
[u]Результаты тестов модуля DRM-7710-P:[/u]
1. [i]Термический тест.[/i] Резистивная нагрузка 3,7 Ом при 14 вольтах с ШИМ 41кГц (8,1/15,6 мкс). Длительность теста 30 минут. [i]Результат:[/i] температура радиатора достигла приблизительно 40°C и далее не повышалась.
2. [i]Термический тест.[/i] Резистивная нагрузка 3,7 Ом при 14 вольтах с полностью открытым плечом. Длительность теста 30 минут. [i]Результат:[/i] температура радиатора достигла около 70°C и далее не повышалась.
3. [i]Электрический тест.[/i] Измерение минимального напряжения питания силовой части модуля. Микросхема 74HC02 питается от отдельного источника. ШИМ 41кГц (8,1/15,6 мкс).
[i]Результат:[/i] Импульсы напряжения на выходе зарегистрированы начиная от 4,5 вольт питания.
