Драйвер двигателя на DRV8833

R9AL | 2023 / Arduino: Драйвер двигателя на DRV8833

Драйвер на основе микросхемы DRV8833 для управления двумя двигателями постоянного тока.

Драйвер DRV8833 позволяет управлять двумя коллекторными моторами или одним шаговым двигателем. Внутрисхемно чип драйвера содержит два независимых H-моста (канала A и B) рассчитанных на напряжение от 2,7 до 10,8 В, при рабочем токе каждого канала до 0,5 А без радиатора, или до 1,5 А с радиатором установленном на чипе. Пиковый ток до 2 А на каждый канал.

Увеличить рабочий ток можно путём параллельного объединения двух каналов драйвера в один, тогда можно управлять одним коллекторным двигателем с тем же диапазоном напряжений и рабочим током двигателя до 1 А без радиатора, или до 3 А с радиатором установленном на чипе.

Принципиальная схема модуля:

На плате драйвера отсутствую резисторы R1 и R2 по этому на схеме их сопротивление указано как 0 Ом. Чип драйвера позволяет ограничить ток мотора при помощи резисторов R1 (для канала A) и R2 (для канала B). Но на плате драйвера эти резисторы отсутствуют и ток не ограничивается модулем. Максимальный ток протекающий через канал драйвера задаётся резистором RSENSE (R1 для канала A и R2 для канала B) и рассчитывается по формуле: IMOT = VREF / RSENSE, где VREF = 200 мВ.

Если ток потребляемый мотором превышает заданный ток IMOT, то чип начинает самостоятельно снижать мощность преобразуя VCC в ШИМ с частотой 50 кГц, уменьшая коэффициент заполнения ШИМ до тех пор, пока ток потребляемый мотором не сравняется с заданным.

Технические характеристики:

Количество каналов: 2 (с возможностью объединения двух каналов в один)
Напряжение питания моторов и драйвера: 2,7 ... 10,8 В;
Уровень логической 1 на выводах IN1-4, ULT и EEP: 3 ... 6 В
Частота ШИМ встроенной схемы ограничения тока: 50 кГц
Встроенное ограничение тока: поддерживается чипом, но не реализовано на плате.
Максимальный ток на канал: 1,5 А (с радиатором).
Пиковый ток на канал: до 2 А.
Максимальный ток объединённых каналов: 3 А (с радиатором), пик до 4 А.
Встроенная защита: защита от перегрева выше 100°, защита от перегрузки по току.
Встроенный индикатор питания.
Размер платы 18х16 мм.

Назначение выводов:

VCC - Вывод подачи питания моторов и драйвера от 2,7 до 10,8 В.
GND - Общий вывод питания.
IN1, IN2 - Входы управления первым мотором.
IN3, IN4 - Входы управления вторым мотором.
OUT1, OUT2 - Выходы подключения первого мотора.
OUT3, OUT4 - Выходы подключения второго мотора.
EEP - Вход установки спящего режима, задаётся низким логическим уровнем.
ULT - Выход аварийного сигнала. Низкий уровень сигнализирует о перегрузки по току, перегреву чипа, или низкому напряжению. В рабочем режиме вывод отключён (плавающий сигнал).

Управление:

Моторы подключённые к выводам OUT1, OUT2 и OUT3, OUT4 управляются подачей логических уровней на входы IN1, IN2 и IN3, IN4 соответственно. Обратите внимание на то, что выходы инвертируют сигналы своих входов.

Таблица истинности:

Входы:		Выходы:		Описание:
IN1	IN2	OUT1	OUT2	Описание:
0	0	Z	Z	Отключение выводов мотора (свободное вращение ротора)
0	1	VCC	GND	Вращение в прямом направлении на максимальной скорости.
1	0	GND	VCC	Вращение в обратном направлении на максимальной скорости.
1	1	GND	GND	Торможение мотора (стопор ротора)

Для 2 мотора, вместо выводов IN1, IN2, OUT1, OUT2, используются выводы IN3, IN4, OUT3, OUT4.

Управление мотором при помощи ШИМ:

Входы:		Выходы:		Описание:
IN1	IN2	OUT1	OUT2	Описание:
ШИМ	1	~ШИМ	GND	Вращение в прямом направлении с линейной зависимостью скорости от инверсного ШИМ (чем выше ШИМ, тем ниже скорость).
1	ШИМ	GND	~ШИМ	Вращение в обратном направлении с линейной зависимостью скорости от инверсного ШИМ (чем выше ШИМ, тем ниже скорость).
ШИМ	0	GND/Z	VCC/Z	Не используйте данные сигналы на входах! Вращение осуществляется с нелинейной зависимостью скорости от инверсного ШИМ и падением крутящего момента.
0	ШИМ	VCC/Z	GND/Z

Для 2 мотора, вместо выводов IN1, IN2, OUT1, OUT2, используются выводы IN3, IN4, OUT3, OUT4.

На заметку: Для управления большинством драйверов собранных по схеме H-моста, на один из входов драйвера подают ШИМ (для регулировки скорости мотора), а на второй вход подают логический уровень (для выбора направления вращения мотора).

Такая схема управления не подходит для драйвера DRV8833, так как он позволяет переводить свои выходы в состояние высокого импеданса (Z), что приводит к отключению выводов мотора.

Из таблицы истинности видно, что при наличии 0 на обоих входах канала драйвера, оба его выхода переходят в состояние высокого импеданса, что приводит к отключению выводов мотора и его свободному вращению.

Сигнал ШИМ является чередованием уровней 0 и 1, значит при подаче на один из входов сигнала ШИМ, а на другой уровня логического 0, мы получим чередование включения мотора и отключения его выходов. Это приведёт к нелинейной зависимости скорости от ШИМ и падению крутящего момента.

Избавиться от такого поведения можно не допустив появления 0 на одном входе канала драйвера при наличии ШИМ на другом входе. Значит для регулировки скорости так же нужно использовать ШИМ, а смена направления вращения мотора должна осуществляться переключением сигнала ШИМ с одного входа на другой, при этом на свободном от ШИМ входе должен быть установлен уровень логической 1.

Файлы:

Datasheet DRV8833