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Esta placa facilita el control de dos motores DC de alta potencia con una Raspberry Pi. Cuenta con 2 puentes H MOSFET discretos que admiten un amplio rango de operación de 6.5V a 36V y son lo suficientemente eficientes como para entregar continuamente 18A sin un disipador de calor. Estos controladores ofrecen una funcionalidad básica de limitación de corriente, y aceptan frecuencias ultrasónicas PWM para un funcionamiento más silencioso. Las asignaciones de pines predeterminadas facilitan el inicio, pero se pueden personalizar para aplicaciones más especializadas. Esta versión se envía como un kit parcial; todos los componentes de montaje en superficie están instalados, pero los conectores incluidos no están soldados.
Localización: E2
| Fabricante | Pololu |
|---|
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Estos controladores de motor de alta potencia dual G2 son placas adicionales para la Raspberry Pi, con un par de puentes H MOSFET discretos diseñados para manejar dos grandes motores DC cepillados. Están diseñados para montarse y conectarse en placas Raspberry Pi compatibles (Modelo B + o superiores), incluidos el Pi 3 Modelo B y el Modelo A +. Hay cuatro versiones de este controlador con diferentes rangos de voltaje de funcionamiento, con capacidades actuales de salida para su proyecto:
| Controlador de Motor Dual G2 High-Power 18v22 Para Raspberry Pi |
Controlador de Motor Dual G2 High-Power 18v18 Para Raspberry Pi |
Controlador de Motor Dual G2 High-Power 24v18 Para Raspberry Pi |
Controlador de Motor Dual G2 High-Power 24v14 Para Raspberry Pi |
|
|---|---|---|---|---|
| Voltaje de entrada máximo absoluto: |
30 V | 36 V* | ||
| Tensión máxima nominal de la batería: |
18 V | 28 V | ||
| Corriente continua máxima por canal: |
22 A | 18 A | 18 A | 14 A |
| Umbral de limitación de corriente activa por defecto: |
60 A | 50 A | 40 A | |
| Disponible con conectores instalados? |
No | Si | No | Si |
El voltaje mínimo de operación para las cuatro versiones es de 6.5 V, mientras que los voltajes máximos de operación se dan en la tabla anterior. La placa también incluye un regulador de voltaje step-down integrado de 5 V y 2.5 A que se puede utilizar para alimentar la Raspberry Pi en la que está conectado, lo que permite el funcionamiento desde una sola fuente de alimentación.
La configuración predeterminada del controlador utiliza seis pines GPIO para controlar los controladores del motor, haciendo uso de las salidas PWM del hardware de la Raspberry Pi, y utiliza dos pines adicionales para leer las salidas de estado de los controladores. Sin embargo, las asignaciones de pines se pueden personalizar si los valores predeterminados no son convenientes, y los pines para detección y limitación de corriente están disponibles en la pizarra para aplicaciones más avanzadas.
Tenga en cuenta que este complemento de controlador de motor está diseñado específicamente para las versiones más recientes de la Raspberry Pi con cabezales GPIO de 40 pines, incluidos el Modelo B +, Modelo A +, Raspberry Pi 2 Modelo B y Raspberry Pi 3 Modelo B. La placa coincide con las especificaciones mecánicas de Raspberry Pi HAT (Hardware Attached on Top o Hardware Conectado Arriba), aunque no se ajusta a las especificaciones completas de HAT debido a la falta de una EEPROM ID. (Una huella para agregar su propia EEPROM está disponible para aplicaciones en las que sería útil; se proporcionan pull-ups en SDA, SCL y WP.) No es práctico usar esta placa con el Modelo original de Raspberry Pi A o B debido a las diferencias en su pinout y factor de forma.
Estos controladores de motor dual también están disponibles como shields para Arduino. Para versiones de un solo canal en un formato más compacto, considere nuestros controladores de motor de alta potencia. Para las alternativas más pequeñas, de menor potencia y de menor costo diseñadas para un Raspberry Pi, considere nuestro controlador de motor Dual MC33926 para Raspberry Pi y el controlador de motor dual DRV8835 para Raspberry Pi.
Este es un kit parcia del controlador de motor 24v18; los conectores están incluidos pero no están soldados.
Se incluyen los siguiente componentes de montaje para esta placa:
El cabezal hembra de 2 × 20 pines de 0.1″ debe montarse en la parte inferior de la placa (el lado opuesto a los componentes de montaje en superficie). Una vez soldado, este cabezal se usa para conectar la placa al GPIO de 40 pines del Raspberry Pi. Alternativamente, si desea continuar teniendo acceso a los 40 pines GPIO de la Raspberry Pi mientras la placa del controlador del motor está conectada, puede instalar un cabezal hembra apilable de 2 × 20 pines (no incluido) en su lugar.
Puede soldar los bloques de terminales a los seis orificios grandes para realizar las conexiones del motor y de alimentación del motor, o puede soldar una tira de cabezales macho de 0.1″ (no incluida) en los orificios más pequeños que bordean los orificios más grandes. Sin embargo, tenga en cuenta que los bloques de terminales solo tienen una clasificación de 16 A, y cada par de pines de cabezal solo está clasificado para un combinado de 6 A, por lo que para aplicaciones de mayor potencia, los cables gruesos deben soldarse directamente a la placa.
Los bloques de cortocircuito y los cabezales macho de 0.1″ (no incluidos) se pueden usar para realizar algunas de las modificaciones opcionales más avanzadas en la placa, como reasignar los pines de control.
El controlador del motor incluye seis condensadores de potencia electrolítica de 100 μF o 150 μF, y hay espacio para agregar condensadores adicionales (por ejemplo, para compensar los cables de alimentación largos o aumentar la estabilidad de la fuente de alimentación). Condensadores de potencia adicionales generalmente no son necesarios, y no se incluyen condensadores adicionales con este controlador de motor.
No incluye Raspberry Pi.
Se debe conectar una fuente de alimentación del motor adecuada a los pads VIN y GND grandes del controlador del motor. La placa incluye un circuito de protección de voltaje inverso que ayuda a prevenir daños en caso de que la fuente de alimentación del motor esté conectada hacia atrás. Se puede acceder al voltaje de entrada de protección inversa para usar en otros circuitos a través de los dos pines etiquetados como VM en el lado izquierdo de la placa.
De forma predeterminada, la fuente de alimentación del motor también alimenta un regulador step-down de 5 V y 2,5 A que proporciona alimentación a la Raspberry Pi conectada. Un circuito de diodo ideal hace que sea seguro tener una fuente de alimentación diferente conectada a la Raspberry Pi a través de su receptáculo USB Micro-B mientras el controlador del motor está conectado y alimentado.
Si desea alimentar la Raspberry Pi por separado, el regulador puede desconectarse cortando dos trazas expuestas en la placa: una entre las almohadillas de montaje superficial etiquetadas «VM» y «REG IN», y otra entre las dos clavijas por la etiqueta «REG OUT», como se muestra a continuación. En las versiones 24v14 y 24v18, desconectar el regulador aumenta la tensión de funcionamiento máxima absoluta de la placa a 40 V.
Esta tabla muestra cómo los pines GPIO de Raspberry Pi se utilizan para interactuar con los controladores de motor:
| pines Raspberry Pi GPIO |
pin Controlador de motor | Descripción |
|---|---|---|
| 5 | Motor 1 FLT | Indicador de Falla: cuando el canal del controlador está funcionando normalmente, Raspberry Pi debe tirar de este pin hacia arriba. En el caso de una falla del controlador, FLT es baja. Ver abajo para más detalles. |
| 6 | Motor 2 FLT | |
| 12 | Motor 1 PWM | Entrada de velocidad del motor: Una señal PWM (modulación de ancho de pulso) en este pin corresponde a una salida PWM en las salidas del motor del canal correspondiente. Cuando este pin es bajo, el motor frena poco. Cuando es alto, el motor está encendido. La frecuencia máxima permitida de PWM es de 100 kHz. |
| 13 | Motor 2 PWM | |
| 22 | Motor 1 SLP | Entrada de reposo invertido: este pin se baja por defecto, colocando el canal del controlador del motor en un modo de reposo de baja corriente y deshabilitando las salidas del motor (configurándolas en alta impedancia). SLP debe conducirse alto para habilitar el canal del motor. |
| 23 | Motor 2 SLP | |
| 24 | Motor 1 DIR | Entrada de dirección del motor: cuando DIR es bajo, la corriente del motor fluye desde la salida A a la salida B; cuando DIR es alto, la corriente fluye de B a A. |
| 25 | Motor 2 DIR |
Con el pin PWM mantenido bajo, ambas salidas del motor se mantendrán bajas (una operación de frenado). Con PWM alto, las salidas del motor se conducirán de acuerdo con la entrada DIR. Esto permite dos modos de operación: magnitud de signo, en la que el ciclo de trabajo PWM controla la velocidad del motor y DIR controla la dirección, y antifase bloqueada, en la que se aplica una señal modulada por ancho de pulso al pin DIR con PWM en alto.
En la operación antifase bloqueada, un ciclo de trabajo bajo impulsa el motor en una dirección, y un ciclo de trabajo alto impulsa el motor en la otra dirección; un ciclo de trabajo del 50% apaga el motor. Una implementación exitosa de antifase bloqueada depende de la inductancia del motor y la frecuencia de conmutación suavizando la corriente (por ejemplo, haciendo que la corriente sea cero en el caso del ciclo de trabajo del 50%), por lo que puede requerirse una frecuencia de PWM alta.
| Inputs | Outputs | Operation | |||
|---|---|---|---|---|---|
| SLP | DIR | PWM | MxA | MxB | |
| 1 | 0 | PWM | PWM (H/L) | L | Adelante/freno a velocidad PWM % |
| 1 | 1 | PWM | L | PWM (H/L) | Reversa/freno a velocidad PWM % |
| 1 | X | 0 | L | L | freno bajo (salidas en cortocircuito a tierra) |
| 0 | X | X | Z | Z | costa (salidas desactivadas) |
El controlador del motor admite frecuencias PWM de hasta 100 kHz, pero tenga en cuenta que las pérdidas de conmutación en el controlador serán proporcionales a la frecuencia PWM. Típicamente, alrededor de 20 kHz es una buena opción para la operación de magnitud de señal, ya que es lo suficientemente alta para ser ultrasónica, lo que resulta en una operación más silenciosa.
Un impulso en el pin PWM debe ser alto durante una duración mínima de aproximadamente 0,5 μs antes de que las salidas se activen durante la duración correspondiente (cualquier impulso de entrada más corto no produce un cambio en las salidas), por lo que los ciclos de trabajo bajos no estarán disponibles a altas frecuencias . Por ejemplo, a 100 kHz, el período de pulso es de 10 μs, y el ciclo mínimo de trabajo no nulo alcanzable es 0.5 / 10, o 5%.
El controlador del motor puede detectar varios estados de falla que informa al conducir el pin FLT bajo; esta es una salida de drenaje abierto que debe elevarse hasta el voltaje lógico de su sistema. Las fallas detectables incluyen cortocircuitos en las salidas, bajo voltaje y sobretemperatura. Todas las fallas desactivan las salidas del motor pero no están bloqueadas, lo que significa que el controlador intentará reanudar el funcionamiento cuando se elimine la condición de falla (o después de un retraso de unos pocos milisegundos en el caso del cortocircuito). La falla de sobretemperatura proporciona una indicación débil de que la placa está demasiado caliente, pero no indica directamente la temperatura de los MOSFET, que generalmente son los primeros componentes que se sobrecalientan, por lo que no debe contar con esta falla para evitar daños por más de condiciones de temperatura
Todos los pines GPIO de la Raspberry Pi están divididos a lo largo de una fila de orificios pasantes numerados justo debajo del conector GPIO de 40 pines. Cada pin GPIO utilizado por la placa se conecta desde esta fila al pin correspondiente del controlador del motor por un trazo en el lado superior de la placa que abarca el par de agujeros. Si desea reasignar uno de estos pines del controlador del motor, puede cortar su trazado con una navaja y luego pasar un cable desde el orificio inferior a un nuevo pin GPIO.
Tenga en cuenta que las asignaciones predeterminadas de los pines se eligieron para que los pull-dow GPIO predeterminados del Raspberry Pi coincidan con la dirección en la que se deben tirar los pines del driver del motor (para SF, para otros); Si vuelve a reasignar las patillas del controlador del motor sin prestar atención a esto, es posible que encuentres problemas con los pines que se tiran de la manera incorrecta. Consulte la documentación de Raspberry Pi para obtener más información sobre los estados de GPIO predeterminados.
El controlador del motor expone las clavijas de detección y limitación de corriente que no están conectadas a la Raspberry Pi, pero se puede acceder a ellas a través de sus propios agujeros pasantes en caso de que desee utilizarlas en una aplicación más avanzada.
El controlador tiene la capacidad de limitar la corriente del motor a través del corte actual: una vez que la corriente del motor alcanza un umbral establecido, el controlador entra en modo de freno (decaimiento lento) durante unos 25 μs antes de aplicar energía para conducir el motor nuevamente. Esto hace que sea más práctico usar el controlador con un motor que solo puede extraer unos pocos amperios mientras se está ejecutando, pero puede extraer muchas veces esa cantidad (decenas de amperios) al arrancar.
En esta placa (24v18), el umbral de limitación de la corriente nominal se establece en aproximadamente 50 A por defecto. Para cada canal de motor, puede reducir el límite conectando una resistencia adicional entre el pin VREF y el pin GND adyacente; El siguiente gráfico muestra cómo el límite de corriente se relaciona con el valor de la resistencia VREF. Por ejemplo, agregar una resistencia de 100 kΩ entre VREF y GND reduce el límite de corriente a aproximadamente 29 A. Tenga en cuenta que el umbral de limitación de corriente no es altamente preciso y es menos preciso en configuraciones especialmente bajas (indicadas por la parte discontinua de la curva).
Los pines de detección de corriente del conductor, etiquetados CS, producen voltajes proporcionales a las corrientes del motor mientras los puentes H están en funcionamiento. El voltaje de salida para esta versión es de aproximadamente 20 mV/A más un pequeño desplazamiento, que normalmente es de aproximadamente 50 mV.
Cada salida de CS solo está activa mientras que el puente H correspondiente está en modo de accionamiento; está inactivo (bajo) cuando el canal está en modo de frenado (decaimiento lento), lo que ocurre cuando la entrada de PWM es baja o cuando la limitación de corriente está activa. La corriente continuará circulando a través del motor cuando el conductor comience a frenar, pero la tensión en el pin CS no reflejará con precisión la corriente del motor en el modo de freno. El controlador del motor usa internamente el voltaje de CS, por lo que para evitar interferir con el funcionamiento del controlador, no debe agregar un condensador a este pin o conectar una carga que extraiga más de unos pocos mA de él.
Los MOSFET pueden manejar grandes picos de corriente para duraciones cortas (por ejemplo, 100 A durante unos pocos milisegundos), y el corte actual del controlador mantendrá la corriente promedio por debajo del límite establecido. Las clasificaciones de pico son para transitorios rápidos (por ejemplo, cuando un motor se enciende por primera vez), y la clasificación continua depende de varias condiciones, como la temperatura ambiente. PWMing el motor introducirá calefacción adicional proporcional a la frecuencia. La corriente real que puede entregar dependerá de qué tan bien pueda mantener fresco el controlador del motor. La placa de circuito impreso del controlador está diseñada para extraer calor de los MOSFET, pero el rendimiento puede mejorarse al agregar un disipador de calor o flujo de aire. Para las instalaciones de alta corriente, los cables del motor y de la fuente de alimentación también deben soldarse directamente en lugar de pasar por los bloques de terminales suministrados, que están clasificados para hasta 16 A.
Advertencia: este controlador de motor no tiene un corte por sobretemperatura. Una condición de sobretemperatura o sobrecorriente puede causar daños permanentes al controlador del motor. Puede considerar utilizar la salida de detección de corriente integrada del controlador (con un ADC externo) o un sensor de corriente externo para controlar su consumo actual.
Este producto puede calentarse lo suficiente como para quemarse en condiciones normales de funcionamiento. Tenga cuidado al manipular este producto y otros componentes conectados a él.
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