Драйвер коллекторного DC двигателя VNH2SP30 двухканальный Н-мост

Технические характеристики

• Модель: Monster Moto Shield / аналог
• Дизайн/формфактор: UNO R3
• Напряжение питания:
  • логика драйвера: 5В DC
  • силовая нагрузка: 5.5 ~ 16В DC
• Ток потребления
  • драйвер: до 60 мА
  • силовая нагрузка: 0 ~ 30A (продолжительный до 14А)
• Чип Н-моста: VNH2SP30
• Количество каналов: 2
• Частота ШИМ, макс.: 20 кГц
• Чувствительность датчика тока (9-16В): приблизительно 130мВ /А
• Светодиодная индикация
  • PWR: напряжение силового контура питания
  • DIR: режим Н-Моста, направление вращения CW/CCW
• Защита: от пониженного и повышенного напряжения, от перегрузок и перегрева
• Размеры: 60 х 54 мм

Мощный высокотоковый двухканальный драйвер VNH2SP30 спроектирован в формате Arduino-совместимого расширения UNO R3 или Mega R3 с эквивалентным расположением задействованных выводов питания, управления, обатной связи, и легко устанавливается поверх программируемого микроконтроллерного модуля. Драйвер предназначен для одновременного управления одним-двумя коллекторными (щёточными) редукторными или обычными высокооборотистыми электромоторами функционирующими в диапазоне напряжения от 5.5В до 16В и постоянного тока до 14А, с питанием от внешнего источника энергии. VNH2SP30 полностью совместим с большинством моделей и вариантов современных, серийно выпускаемых низковольтных электромеханических двигателей постоянного тока. Модуль 2-канального драйвера подходит также для создания приложения автоматизации управления одним двухфазным (четырёхфазным) биполярным шаговым двигателем со схожими характеристиками энергопотребления.

Микросхема VNH2SP30 оснащена температурным датчиком защиты от непредвиденного перегрева, поддерживает автоотключение силовой части в условиях пониженного (менее 5,5В) или повышенного (более 16В) выходного вольтажа. Модуль драйвера в продолжительном режиме прекрасно выдерживает "холодные" слаботочные нагрузки до 6А, но требует установку дополнительного активного охлаждения в "горячих" подключениях с током более 14А. Драйвер обеспечивает поканальную обратную связь с ведущей системой, через выводы EN_X сигнализирует о наступлении аварийной ситуации, пропорционально низким напряжением через выводы CS_Х информирует о величине выходного нагрузочного тока. Быстрой оценке работоспособности платы без необходимости подключения к силовым каскадам способствуют несколько светодиодных индикаторов платы: 1xPWR питания и 4xDIR направления Н-Моста.

Расположение и назначение выводов модуля 2-канального драйвера VNH2SP30

Управление одним каналом драйвера VNH2SP30, таблица логики

Уровень логического сигнала: 1 - высокий, 0 - низкий. Выходное силовое напряжение: В - высокое, Н - нулевое

Схема управления Н-мостовым драйвером VNH2SP30 построена на взаимодействии с 5-вольтовой хост-системой (совместимый с Ардуино микроконтроллер), ПО которой выполняет формирование логических сигналов на входах INA_X и INB_X платы. Рабочее состояние двух силовых выходов драйвера OUTA_X и OUTB_X контролируется высокоуровневыми (1 в табл.) или низкоуровневыми (0 в табл.) импульсами через соответстующий вход. Попеременное переключение полярности силовых выходных каскадов OUTА_X и OUTВ_X драйвера устанавливает "прямое" или "реверсивное" направление вращения коллекторного мотора. Два равнозначных входных импульса задают режим быстрого электрического тормоза (1+1) или свободного торможения (0+0). Скорость определяется широтно-импульсной модуляцией на входе PWM_X с частотой до 20кГц.

Встроенный датчик тока нагрузки

В чипах VNH2SP30 модуля 2-канального драйвера Н-моста присутствует сенсор измерения тока силовой нагрузки. Только в режиме логически включенного направления для Н-моста, сенсор оперирует встроенным резистивным шунтом 1.5 кОм, и генерирует на выходе CS пропорциональный уровень аналогового напряжения, приблизительно соответствующий значению 130мА на каждый 1А нагрузки. В режиме остановки драйвера, вывод CS принимает высокоимпедансное состояние. Пример расчётов характеристик на основе типового коэффициента (спецификация VNH2SP30, таблица 11 - в разделе документации):

#1. Коэффициент Iout/Isense = 11370 (для токов 8А или 30А)

#2. Ток на шунте равен Isense = Iout/11370

#3. Входное напряжение АЦП Vsense = Isense*Rsense или Vsense = (Iout/11370)*1.5K

#4. Нагрузочный ток Iout равен (Vsense*11370)/1.5K

Полученный с аналогового входа, результат считывания уровня напряжения преобразовывается в соответствии с текущей разрядностью и значения опорного напряжения АЦП (по умолчанию для Arduino - 10бит, 5В).

Техническая документация

1. Электрическая принципиальная схема модуля Monster Moto Shield (англ., PDF)
2. Спецификация чипа Н-Моста VNH2SP30 (англ., PDF)