Рассмотрим малогабаритный маломощный модуль драйвера коллекторного двигателя постоянного тока на базе микросхемы Toshiba TB67H45x, который пригодится в любительской робототехнике.
Основные параметры устройства управления маломощным коллекторным двигателем:
- Схема построена на базе встроенного H-моста типа TB67H45x;
- нагрузочная способность моста — 1,5 А (постоянная)/3,5 А (пиковая);
- диапазон напряжения питания — 4…50 В;
- управляющие входы — IN1,2 (направление движения, торможение);
- возможность управления скоростью вращения с помощью ШИМ-сигнала.
Описание работы миниатюрного модуля управления коллекторным двигателем
Структурная схема микросхемы TB67H45x представлена на следующем рисунке.
TB67H450/451 содержит одноканальный силовой каскад (H-мост) с нагрузочной способностью до 1,5 А (максимум 3,5 А) и рекомендуемым рабочим напряжением 5…40 В. Низкое сопротивление ключа (максимум 0,8 Ом) обеспечивает минимальные потери мощности. Микросхема оснащена защитой от перегрузки (ISD) и тепловой защитой (TSD), а также схемами отключения моста после слишком глубокого падения напряжения питания (ULVO). В зависимости от типа микросхемы защита от перегрузки может быть фиксированной (в случае TB67H450) или самовосстанавливающейся (в модели TB67H451).
Полный цикл управления допускает четыре рабочих состояния: вперед, назад, торможение и остановка ротора. Логика управления выводами IN1,2 представлена в таблице ниже.
Когда на обоих управляющих входах IN1,2 находится низкий уровень сигнала более 1 мс, микросхема автоматически переходит в состояние пониженного энергопотребления, потребляя ток не более 1 мкА. Активация микросхемы занимает не более 30 мкс, что позволяет эффективно экономить электроэнергию, особенно в системах с батарейным питанием, без необходимости использования дополнительных выводов управления.
Управление скоростью может осуществляться прямым ШИМ или прерыванием заданного максимального тока в режиме Chopper. Режим ШИМ активируется, когда вывод RS подключен к общему проводу и сигнал ШИМ (с максимальной частотой 400 кГц) подается на один из выводов IN1, IN2. Максимальное значение тока в режиме Chopper определяется комбинацией сопротивления резистора, подключенного к выводу RS, и значения опорного напряжения на выводе VREF. В режиме Chopper также можно регулировать скорость методом ШИМ.
Максимальный ток можно рассчитать по формуле Iomax=Vref(усиление)·Vref/Rrs, где Vref(усиление)=1/10,0. Напряжение регулирования Vref должно находиться в диапазоне 1…4 В, на входе Vref допускается напряжение в пределах 0…5,5 В. В модели с питанием 5 В Vref~=0… 4 В, RS=0,22 Ом максимальный ток составляет примерно 1,85 А. Регулирование происходит в три фазы, как показано на рисунке ниже.
На первой фазе Н-мост переключает ток в обмотке до тех пор, пока не будет достигнуто фиксированное обнаружение тока (NFth). На втором этапе двигатель тормозится противотоком (быстрое затухание), а на третьем этапе — током короткого замыкания (медленное затухание). Длительность второй и третьей фаз управления установлена равной 25 мкс с разделением 50% между второй и третьей фазами. Если ток пропадает во время второй фазы (I=0), на выходах моста устанавливается высокий импеданс. Схема блока управления коллекторным двигателем малой мощности представлена ниже.
Применение TB67H45x оказывается очень простым: плата управления коллекторным двигателем питается постоянным напряжением через разъем PWR, развязанного CE1 и C1. Двигатель подключается к разъему MTR, а напряжение управления и VREF – к разъему IN. В представленной модели по умолчанию выбран режим Chopper, что требует установки соответствующим образом рассчитанного RM; ток ограничения был установлен примерно на уровне 1,8 А (Vref=5 В, RM=0,22 Ом). Переменный резистор РВ позволяет уменьшить максимальный ток.
Миниатюрный модуль собран на двусторонней печатной плате, совместимой с Grove. Габаритные размеры платы 23х41 мм, без учета выступов — 20х39 мм. Расположение элементов показано на следующем рисунке.
Технология монтажа классическая и не требует описания, нужно только уделить внимание выбору подходящей версии микросхемы U1 TB67H450/451 и правильно припаять ее термопрокладку. В случае напряженной работы на U1 стоит приклеить радиатор и обеспечить циркуляцию охлаждающего воздуха. Собранный драйвер коллекторного двигателя малой мощности показан на заглавном фото.
Устройство не требует запуска – собран из функциональных компонентов, подобранных под параметры используемого двигателя. Он работает сразу после включения питания и подачи управляющих сигналов. Модуль исправно работает при питании от 5 В, но возможна работа и при несколько меньшем питании.
Порог обнаружения высокого состояния на выводах IN1, IN2 составляет 2 В, поэтому после перерасчета делителя R1, RV и RM для удовлетворения требований максимального тока двигателя его можно питать меньшим напряжением, например, 3,3 В.
Перечень элементов устройства
Резисторы:
- R1 — 2,2 кОм (SMD 0805);
- РМ — 0,22 Ом (SMD 2512, 2 Вт).
Конденсаторы:
- C1, C2 — 100 нФ/50 В (SMD 0805);
- CE1 — 47 мкФ/50 В (электролитический D=8 мм, r=3,5 мм).
Полупроводники — U1 TB67H450AFNG или TB67H451AFNG (HSOP8).
Прочее:
- MTR, PWR — разъем DG, 2-контактный, 3,5 мм (DG381-3,5-2)
- RV переменный резистор вертикальной установки 5 мм 10 кОм.
Loading...
