Драйвер коллекторного двигателя L9110S двухканальный H-мост 2.6-12В, 0.8А

Двухканальный драйвер щёточного двигателя постоянного напряжения на чипе L9110S

Кому хоть раз довелось подержать в своих руках радиоуправляемую гоночную машинку или самоходную гусеничную установку, мастерски изготовленную из набора специально подобранных компонентов, известно о том, насколько удобно и приятно управлять такой моделью, если ей под силу плавно трогаться с места, разгоняться или останавливаться, и совершать разнообразные манёвры с поворотами, выполняя перечисленные команды от пульта дистанционного управления. Даже не имея за плечами технических знаний и опыта в построении робототехники, несложно догадаться, что за всеми возможными действиями, связанными с вращением колёс в разных направлениях, отвечает некий управляющий микрокомпьютер, аккуратно спрятанный во внутреннем пространстве корпуса моделей. И на помощь ему в этом деле приходит специальное электронное устройство, обычно называемое драйвером мотора. Похожие технологии используются при производстве всевозможных подвижных детских игрушек, встречаются в некоторых современных бытовых устройствах (например, набирающий популярность в широких массах домашний робот-пылесос). Драйвер мотора, безусловно, служит обязательной частью конструкции любого передвижного робота, следующего по курсу за намеченной полосой или самостоятельно корректирующего собственные движения при обнаружении препятствия, многократно собираемых в рамках проектов по обучению и развитию навыков моделирования на базе общедоступных пользовательских микроконтроллеров.

Технические характеристики

• Питание: 2.6 ~ 12 В
• Потребляемый ток в режиме простоя: 25 ~ 30 мА
• Продолжительный ток одного канала: 800 мА
• Пиковый кратковременный ток: 1.5 ~ 2 А
• Количество каналов: 2
• Контроллер: L9110S, Н-мост
• Управление драйвером: логические сигналы TTL, высокий / низкий
• Индикатор наличия напряжения
• Температура эксплуатации: 0°С...+80°С
• Размеры: 29.2 х 23 х 14 мм
• Вес: 25 гр

Обладающий двумя встроенными независимыми микросхемами L9110S, обозначенными на плате условными символами А и В, модуль способен оперировать одной или двумя индуктивными нагрузками — электромоторами, соленоидами-защёлками, актуаторами, или блоками электромеханических реле. Кроме способа программного управления, модуль может применяться в простых схемах, исключающих автоматизированный контроль за нагрузкой. С помощью простых замыкающих кнопок, расположенных в цепочке между контактами управления и общим выводом GND, реализуется упрощённый вариант ручного взаимодействия с драйвером.

Таблица рабочих напряжений без индуктивной нагрузки

Преобразователь напряжения, скрывающийся в корпусе микросхемы L9110S, предусматривает полную совместимость с низковольтными логическими цепями многих микроконтроллеров, работающих от 3.3- или 5-вольтовом питании. Все четыре имеющихся контакта управления нагрузкой изначально подтянуты встроенными резисторами к питанию. В момент подачи в схему модуля общего рабочего напряжения, на управляющих контактах образуется постоянный высокий логический уровень. Содержащаяся в таблице информация показывает зависимость начального уровня входов и выходов модуля драйвера в схемах с питанием от типовых источников напряжения без подключения нагрузки.

Примечание. Производители драйвера сообщают о минимальном рабочем напряжении модуля 2.5 В. Необходимо заметить, что поведение модуля в диапазоне напряжений 2.5 В - 2.6 В крайне нестабильно. Нередко происходят ситуации с произвольным отключением внутреннего питания драйвера даже от приходящих импульсов управления.

Назначение контактов, входы и выходы модуля

Источник питания драйвера присоединяется к контактам VCC+GND, входы управления модуля подключаются к свободным портам управляющего контроллера. Винтовые клеммы-терминалы А и В предназначены для подсоединения контролируемой нагрузки.

• "VCC" — питание схемы модуля, напряжение +2.6 В ~ +12 В
• "GND" — питание схемы модуля, общий вывод
• "A-IB", "A-IA" — входы управления мотором А
• "B-IB", "B-IA" — входы управления мотором B
• "A-OA", "A-OB" — инвертируемые выходы напряжения мотора A
• "B-OA", "B-OB" — инвертируемые выходы напряжения мотора B

Питание модуля драйвера L9110S

Модуль предоставляет возможность использования в конструкциях устройств широкого спектра разнообразных щеточных (коллекторных) двигателей, работающих в диапазоне 2.6 - 12 В. Однако, каким бы не был источник питания драйвера моторов L9110S, подбирать его нужно по определённым условиям. Общее потребление тока схемы модуля складывается из суммы токов двух задействованных каналов. В режиме продолжительной работы драйвера, максимальные показатели токов ограничиваются 750-800 мА для любого из каналов. Кратковременная пиковая нагрузка на чип L9110S не должна превышать 1.5 А.

Вопреки многим советам, существует веская причина, отчего же не рекомендуется прямое подключения драйвера к внутренним цепям питания микроконтроллерных плат, таких как Ардуино, Teensy, PyCom, STM, Raspberry Pi. Как правило, подавляющее большинство вычислительных платформ оснащено встроенным маломощным регулятором напряжения, в первую очередь обеспечивающего стабильное питание в нуждах собственных электронных компонентов схемы. Запасы мощности таких регулятор иногда сильно ограничены и их свободных ресурсов будет явно недостаточно для подключения большинства электромеханических двигателей. Плату драйвера L9110 следует подключать к любому внешнему источнику постоянного напряжения в пределах рабочих значений модуля, с непременным соблюдением полярности (защита от переполюсовки в схеме драйвера отсутствует). Общие выводы (GND) источника питания драйвера L9110S и управляющего контроллера должны быть обязательно объединены вместе.

Программное управление драйвером

В основе работы двухканального драйвера использован принцип действия H-моста, размещённого внутри каждой микросхемы L9110S. Драйвер позволяет управлять выходным напряжением на силовых клеммах мотора при помощи комбинирования логических сигналов высокого или низкого уровня, поступающих от управляющего устройства (ЧПУ). Оба чипа драйвера L9110S корректно работают только при условии наличия двух входящих логических сигналов, определяющих активное состояние включено (есть напряжение) или выключено (нет напряжения) для силовых клемм А и В. Одинаковый уровень сигналов на входах IA и IB создаёт на нагрузочных клеммах равнозначный потенциал, использующийся для свободной остановки/блокировки мотора. Пара из логического ноля IA и логической единицы IB задаёт полярность напряжения с отрицательным значением у клеммы ОА (—, минус) и положительным у клеммы ОВ (+, плюс), засталяя вал мотора вращаться в прямом направлении. И наоборот, пара из логической единицы IA и логического ноля IB задаёт полярность напряжения с положительным у клеммы ОA (+, плюс) и отрицательным значением у клеммы ОB (—, минус) засталяя вал мотора вращаться в обратном (реверсивном) направлении.

Таким образом достигается программное управление запуском и остановкой коллекторного электродвигателя, изменением вращения вала мотора в разных направлениях, а также втягиванием/вытягиванием защёлки соленоида и штока актуатора, или срабатыванием реле. Метод управления одинаково применим к каждой отдельной микросхеме L9110S, установленной в плату драйвера.

Наглядное представление распределения напряжения на выходах клеммы, с учётом входящих цифровых сигналов управления.

Регулировка скорости мотора, плавное изменение напряжения выхода

Драйвер L9110S поддерживает возможность плавного изменения питающего нагрузку напряжения. Управление уровнем выходящего напряжения возможно с применением сигналов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), передаваемых контроллером на входы модуля.

Простой пример управления скоростью вращения мотора.

// Вывод контроллера с широтно-импульсной модуляцией
int analogPin = 2;

// Переменная скорости вращения
int val;

void setup() {

// Устанавливаем контакт контроллера в режим вывода данных
pinMode(analogPin, OUTPUT);

// с первоначальным высокоуровневым сигналом
digitalWrite(analogPin, HIGH);
}

void loop() {

 // Увелививаем скорость вращения мотора,
 // уменьшая напряжение на контакте управления
 for (val=255; val > 0; val --) {
  analogWrite(analogPin, val);
  delay(100);
 } 

 // Уменьшаем скорость вращения мотора,
 // увеличивая напряжение на контакте управления
 for (val=0; val < 255; val ++) {
  analogWrite(analogPin, val);
  delay(100);
 }
}

Электрическая принципиальная схема двухканального драйвера L9110S

Техническиая документация

1. Спецификация на микросхему драйвера L9110 (англ., PDF)