Драйвер мотора постоянного тока IBT-2 на H-мосте BTS7960

Драйвер мотора постоянного тока IBT-2, построенный на двух полумостах BTS7960.

Характеристики:

• Модель драйвера: IBT-2 / HW-039 / аналог
• напряжение питания
  • силовой части (питание мотора): 6...27 вольт
  • логической части: 5 вольт
• ток нагрузки
  • продолжительный: 40 ампер
  • пиковый: 60 ампер
• регулировка скорости вращения: ШИМ до 25 килоГерц
• защита:
  • от повышенного напряжения питания
  • от пониженного напряжения питания
  • от перегрева
  • от превышения силы тока
  • от короткого замыкания
• размер: 50*50*43 мм

Расположение и назначение выводов:

Существует два способа управления H-мостом с выводом enable:

• подключить выводы R_EN и L_EN к лог. 1, управлять направлением и скоростью двигателя выводами RPWM, LPWM (RPWM=0, LPWM=ШИМ, либо RPWM=ШИМ, LPWM=0). В этом случае требуется всего 2 вывода микроконтроллера.
• управлять направлением вращения выводами RPWM, LPWM (RPWM=0/LPWM=1 для вращения в одну сторону, RPWM=1/LPWM=0 для вращения в противоположную сторону, RPWM=0/LPWM=0 для остановки. Ни в коем случае не подавать лог. 1 на выводы RPWM и LPWM одновременно!), а скоростью - выводами R_EN и L_EN, подавая на них сигнал ШИМ. В этом случае упрощается алгоритм управления, но для управления требуется 3 вывода микроконтроллера.

Принципиальная схема:

Драйвер построен на двух полумостах BTS7960, которые в сумме дают полноценный H-мост для управления коллекторным двигателем постоянного тока. В драйвере использована микросхема 74HC244, которая выполняет функцию буфера и развязки сигнала.

Полумост BTS7960 кроме полевых транзисторов содержит интеллектуальную схему управления, которая выполняет следующие функции:

• защита от перенапряжения - для обеспечения высокой устойчивости к перенапряжениям устройство отключает транзистор нижнего уровня (LS base-chip) и включает транзистор верхнего уровня (HS base-chip), если напряжение питания превышает уровень защиты от перенапряжения (27,6...30 вольт).Микросхема снова заработает в нормальном режиме, когда напряжение питания упадет ниже напряжения ~27,3 вольт.
• отключение при пониженном напряжении - микросхема отключает управление выходом, если напряжение питания падает ниже напряжения отключения (~4 вольта). Выход снова становится активным, когда напряжение питания поднимается выше 5 вольт.
• защита от перегрева - BTS7960 защищен от перегрева встроенным датчиком температуры. Перегрев выше 175°С (типовое значение, разброс по datasheet от 150° до 200°) приводит к отключению обоих выходных каскадов. Это состояние фиксируется до тех пор, пока устройство не будет сброшено низким сигналом на входах INH (R_EN и L_EN для выводов драйвера IBT-2) (минимальная продолжительность сигнала сброса 3 микросекунды), при условии, что его температура за это время снизилась на 7°. Многократное срабатывание защиты от перегрева может сократить срок службы микросхемы.
• ограничение силы тока. Ток в мосте измеряется на обоих встроенных транзисторах. Как только ток на одном из встроенных транзисторов достигает ~60 ампер (типовое значение по datasheet), этот транзистор деактивируется, а другой активируется на время ~115 микросекунд (типовое значение по datasheet). В это время все изменения на входах IN (RPWM и LPWM для выводов драйвера IBT-2) игнорируются. Однако входы IN все еще можно использовать для отключения обоих транзисторов. После ~115 микросекунд переключатели вернутся в исходное положение. Сигнал ошибки на выводе IS (R_IS, L_IS для выводов драйвера IBT-2) сбрасывается после ~250 микросекунд. Непреднамеренное срабатывание ограничения тока из-за коротких всплесков тока (например, вызванных электромагнитными помехами, исходящими от двигателя) подавляется схемой внутреннего фильтра.
• защита от короткого замыкания
  
  • выхода на массу
  • выхода на напряжение питания
  • короткого замыкания нагрузки
    Защита от короткого замыкания реализуется посредством ранее описанного ограничения тока в сочетании с отключением устройства при перегреве.
• генерация "мертвого времени". В мостовых схемах необходимо убедиться, что полевые транзисторы не проводят ток одновременно, напрямую подключая напряжение батареи к земле. Это обеспечивается интеллектуальной схемой драйвера, генерирующей так называемое "мертвое время" между выключением одного полевого МОП-транзистора и включением другого.
• регулируемая скорость нарастания. Чтобы оптимизировать электромагнитное излучение, скорость переключения полевых МОП-транзисторов регулируется внешним резистором (R4 и R7 на принципиальной схеме).

Файлы:

• Принципиальная схема в формате PDF
• Datasheet BTS7960 (PDF, ENG)
• Datasheet 74HC244 (PDF, ENG)