Как DRV8871 работает для управления коллекторным двигателем постоянного тока

DRV8871 — это драйвер двигателя для управления коллекторным двигателем постоянного тока в малых и средних электронных проектах.Это полезно, когда вам нужно плавное управление скоростью, вращение вперед и назад, а также лучшая защита, чем у старых модулей драйверов двигателей.В этой статье будет рассмотрено, что такое DRV8871, его основные характеристики, функции выводов, внутренняя работа, процесс подключения, примеры управления Arduino, распространенные проблемы, сравнение с другими драйверами двигателей и многое другое.

Каталог

Что такое драйвер двигателя DRV8871?

ДРВ8871 представляет собой микросхему драйвера коллекторного двигателя постоянного тока, используемую для управления скоростью и направлением одного двигателя постоянного тока.Он использует конструкцию H-моста, поэтому двигатель может вращаться вперед или назад в зависимости от входных сигналов от микроконтроллера.DRV8871 поддерживает управление скоростью ШИМ и может работать с напряжением питания двигателя от 6,5 В до 45 В.DRV8871 также включает функции регулирования тока и защиты, помогающие защитить двигатель и драйвер во время запуска, перегрузки или останова.

Особенности DRV8871

• Драйвер двигателя H-моста – Управляет одним коллекторным двигателем постоянного тока с возможностью прямого и обратного вращения.

• Широкий диапазон рабочего напряжения (от 6,5 В до 45 В) – Поддерживает низковольтные и высоковольтные двигатели.

• Пиковый ток 3,6 А – Справляется с высокими требованиями к пусковому и переходному току двигателя.

• Низкий выход RDS(on) MOSFET – Снижает потери мощности и тепловыделение во время работы.

• ШИМ-регулирование скорости – Обеспечивает плавную регулировку скорости двигателя с использованием сигналов ШИМ от микроконтроллера.

• Регулирование тока без чувствительного резистора – Использует внутреннее измерение тока для упрощения проектирования схемы.

• Режим сна с низким энергопотреблением – Минимизирует энергопотребление, когда двигатель неактивен.

• Компактный пакет HSOP – Небольшой 8-контактный корпус помогает сэкономить место на печатной плате в компактных конструкциях.

• Блокировка пониженного напряжения (UVLO) – Защищает драйвер, когда напряжение питания становится слишком низким.

• Защита от перегрузки по току (OCP) – Предотвращает повреждение привода или двигателя чрезмерным током.

• Тепловое отключение (TSD) – Автоматически отключает драйвер в условиях перегрева.

• Автоматическое восстановление после сбоев – Восстанавливает нормальную работу после устранения неисправностей.

Распиновка и функции выводов DRV8871

Пин-код	Имя	Функция
1	Земля	Земля соединение для логической схемы и схемы управления.
2	ИН2	Используемый логический вход для управления направлением вращения двигателя и работой торможения.
3	ИН1	Используемый логический вход вместе с IN2 для управления направлением вращения двигателя и ШИМ-управлением.
4	ИЛИМ	Устанавливает двигатель ограничение тока с помощью внешнего резистора.
5	ВМ	Мощность главного двигателя входное напряжение питания.
6	ВЫХ1	Мощность двигателя клемма, подключенная к одной стороне двигателя постоянного тока.
7	ПГНД	Силовое заземление соединение для обратного пути тока двигателя.
8	ВЫХ2	Мощность двигателя клемма, подключенная к другой стороне двигателя постоянного тока.
—	Термопрокладка	Помогает рассеять нагревание и улучшает тепловые характеристики микросхемы.

Как DRV8871 работает внутри

Как показано на функциональной блок-схеме, DRV8871 использует внутренний H-мост, состоящий из четырех МОП-транзисторов, для управления направлением и скоростью коллекторного двигателя постоянного тока.Логические входы IN1 и IN2 управляют протеканием тока через двигатель, подключенный к выходам OUT1 и OUT2, обеспечивая вращение вперед, назад, торможение или работу в режиме выбега.Внутренние драйверы затвора и зарядовый насос помогают эффективно переключать МОП-транзисторы для управления скоростью двигателя с ШИМ.

На схеме также показаны внутренние схемы измерения тока и защиты DRV8871.Вывод ILIM использует внешний резистор для установки ограничения тока двигателя, помогая снизить чрезмерный ток запуска или останова.В условиях перегрузки драйвер автоматически регулирует ток посредством прерывания тока ШИМ для защиты двигателя и источника питания.Это повышает надежность системы и уменьшает проблемы перегрева в реальных приложениях.

DRV8871 также включает в себя встроенные функции защиты, такие как контроль перегрузки по току, измерение температуры и контроль напряжения.В случае возникновения неисправности привод может временно отключиться и автоматически восстановиться после восстановления нормальных условий.В приложениях с низким энергопотреблением устройство может перейти в спящий режим, чтобы снизить энергопотребление, когда двигатель не работает.

DRV8871 Регулирование тока и работа ШИМ

Упрощенная принципиальная схема: DRV8871 использует управляющие входы IN1 и IN2 для управления работой коллекторного двигателя постоянного тока.Драйвер включает в себя внутренний датчик тока, защиту от неисправностей и вывод ILIM, который позволяет регулировать ограничение тока двигателя с помощью внешнего резистора.Это помогает защитить двигатель и источник питания от чрезмерного тока запуска или остановки.

Изображение формы сигнала демонстрирует, как DRV8871 выполняет регулирование тока ШИМ во время работы.Когда ток двигателя достигает запрограммированного предела, драйвер автоматически использует прерывание тока ШИМ, чтобы уменьшить ток и обеспечить безопасную работу.Форма сигнала также показывает поведение затухания тока по мере того, как ток двигателя увеличивается и уменьшается во время циклов переключения ШИМ.Этот метод регулирования повышает надежность двигателя, снижает перегрев и помогает обеспечить более плавное управление двигателем.

DRV8871 Схема подключения и процесс подключения

Базовое соединение драйвера двигателя DRV8871 с Arduino Uno.Управляющие контакты IN1 и IN2 DRV8871 подключены к цифровым контактам 9 и 10 Arduino для управления направлением двигателя и управлением скоростью ШИМ.Земли Arduino и DRV8871 должны быть соединены вместе, чтобы создать общую опорную точку для передачи сигналов.

Двигатель постоянного тока подключается к выходным клеммам двигателя DRV8871, а внешний источник питания двигателя подключается к клеммам питания VM и GND.Питание двигателя должно соответствовать требованиям к напряжению используемого двигателя.Поскольку двигатели постоянного тока могут потреблять большой пусковой ток, двигатель не следует запитывать напрямую от контакта 5 В Arduino.

DRV8871 также может работать с платами ESP32, поскольку его логические входы совместимы с сигналами управления ШИМ современных микроконтроллеров.При использовании ESP32 применяется тот же принцип подключения: подключите контакты GPIO с поддержкой ШИМ к IN1 и IN2, соедините заземления вместе и используйте отдельный источник питания двигателя для входа напряжения двигателя.

Для стабильной работы рекомендуется размещать конденсаторы большой емкости рядом с входом питания ВМ, чтобы уменьшить падение напряжения и электрические шумы, создаваемые двигателем.Компоненты защиты и правильная проводка помогают предотвратить случайные сбросы, нестабильную работу двигателя, перегрев и проблемы со связью, вызванные скачками тока двигателя.

Пример кода Arduino для DRV8871

Базовый код вращения двигателя

Пример управления скоростью ШИМ

Пример управления направлением

Пример плавного запуска с использованием ШИМ

Распространенные проблемы и их устранение

Проблема	Возможно Причина	Устранение неполадок Решение
Мотор не прядение	Неправильная проводка или нет питания двигателя	Проверьте ВЫХОД1, Соединения OUT2, VM и GND и проверьте напряжение питания двигателя.
ДРВ8871 перегрев	Чрезмерный двигатель ток или недостаточное охлаждение	Уменьшите двигатель нагрузки, снижения напряжения питания или улучшения отвода тепла от печатной платы.
Только двигатель вращается в одном направлении	ИН1 или ИН2 проблема с управляющим сигналом	Проверьте Ардуино или выходные сигналы микроконтроллера и проводные соединения.
Мотор вибрирует но не вращается	Низкое предложение текущий или слабый источник питания	Используйте внешний источник питания большего тока для двигателя.
Ардуино сбрасывается во время запуска двигателя	Падение напряжения вызвано скачками тока двигателя	Добавить объем конденсаторы рядом с VM и используйте отдельные источники питания двигателя и логики.
Драйвер закрывается неожиданно вниз	Перегрузка по току или активирована тепловая защита	Проверьте двигатель условия остановки, короткие замыкания или чрезмерная нагрузка.
Скорость ШИМ контроль не работает	Неправильный ШИМ конфигурация контактов или кода	Обеспечить Используются выводы GPIO с поддержкой ШИМ и правильные настройки AnalogWrite().
Скорость двигателя нестабильный	Электрический шум или плохое заземление	Улучшить схему заземления и, если возможно, укоротите проводку двигателя.
Нет ответа от ДРВ8871	Спящий режим активирован или проблема с логикой	Проверьте IN1 и Состояние входа IN2 и проверьте подключения источника питания.
Двигатель работает медленно	Напряжение питания слишком низко	Используйте мотор напряжение питания, соответствующее техническим характеристикам двигателя.
Чрезмерный электрический шум	Отсутствует фильтрующие конденсаторы	Добавьте байпас и большие конденсаторы рядом с входом питания драйвера двигателя.
Короткая эксплуатация время в аккумуляторных системах	Высокий двигатель текущее потребление	Уменьшите двигатель загрузить или оптимизировать настройки управления скоростью ШИМ.

DRV8871 по сравнению с другими драйверами двигателей

DRV8871 против L298N

DRV8871 и L298N Оба коллекторных двигателя постоянного тока используются для управления направлением и скоростью двигателя, но они разработаны с использованием совершенно разных технологий.В L298N используются более старые биполярные транзисторные выходы, а в DRV8871 используются современные переключатели MOSFET, что делает DRV8871 более эффективным и способным выделять меньше тепла во время работы.Оба драйвера поддерживают ШИМ-управление двигателем и двунаправленное вращение двигателя, но DRV8871 обеспечивает более высокую энергоэффективность, встроенную регулировку тока и улучшенные функции защиты.

DRV8871, как правило, является лучшим выбором для современной робототехники и встраиваемых систем, поскольку он меньше, более эффективен и его легче интегрировать в компактные проекты.L298N по-прежнему популярен среди новичков из-за своей низкой стоимости и легкости поиска модулей, но он тратит больше энергии и часто нагревается под нагрузкой.Для систем с батарейным питанием или приложений с более высоким КПД обычно лучшим вариантом является DRV8871.

DRV8871 против TB6612FNG

DRV8871 и TB6612FNG Оба драйвера двигателя на основе MOSFET предназначены для эффективного управления двигателем постоянного тока с меньшим выделением тепла, чем более старые драйверы, такие как L298N.Оба поддерживают управление скоростью ШИМ и работу двигателя вперед/назад, что делает их подходящими для робототехники и встраиваемых проектов.Однако TB6612FNG предназначен в основном для приложений с низким напряжением, тогда как DRV8871 поддерживает гораздо более широкий диапазон рабочих напряжений и более высокий ток двигателя.

DRV8871 лучше подходит для мощных двигателей и приложений, требующих ограничения тока и более сильных функций защиты.Напротив, TB6612FNG часто предпочтительнее для небольших роботов и компактных низковольтных систем, поскольку он может управлять двумя двигателями в одном чипе.Если проект требует более высокого напряжения и лучшей защиты двигателя, DRV8871 обычно является лучшим выбором.

DRV8871 против BTS7960

DRV8871 и БТС7960 Оба сильноточных драйвера двигателя предназначены для управления коллекторными двигателями постоянного тока, но рассчитаны на разные уровни мощности.DRV8871 предназначен для двигателей средней мощности и компактных встраиваемых систем, а BTS7960 предназначен для двигателей гораздо большей мощности, требующих очень высокого тока.Оба поддерживают управление скоростью ШИМ и двунаправленную работу двигателя, но BTS7960 может выдерживать значительно более высокий непрерывный ток двигателя.

DRV8871 лучше подходит для компактных конструкций, небольшой робототехники и систем, требующих встроенного регулирования тока и защиты в небольшом корпусе.BTS7960 больше подходит для тяжелых условий эксплуатации, таких как электромобили, большие приводы и системы двигателей высокой мощности.Для двигателей малого и среднего размера DRV8871 часто проще в использовании и практичнее, а BTS7960 лучше подходит для очень требовательных нагрузок двигателя.

DRV8871 против DRV8833

DRV8871 и ДРВ8833 Оба драйвера двигателей разработаны для эффективного управления двигателями постоянного тока с использованием выходных каскадов MOSFET.Оба поддерживают ШИМ-управление, низкое тепловыделение и встроенные функции защиты.Однако DRV8833 оптимизирован для низковольтных портативных устройств, тогда как DRV8871 поддерживает гораздо более высокие напряжения питания двигателя и более высокий ток двигателя.

DRV8871, как правило, лучше подходит для промышленных, автомобильных и высоковольтных двигателей из-за его более широкого рабочего диапазона и более сильного тока.DRV8833 больше подходит для небольших роботов с батарейным питанием, портативной электроники и низковольтных систем, где компактный размер и низкое энергопотребление являются приоритетами.Оба драйвера эффективны, но лучший выбор зависит главным образом от напряжения двигателя и требований проекта по току.

Лучшие приложения для DRV8871

Общие применения DRV8871 включают:

• небольшие роботизированные транспортные средства,

• конвейерные и исполнительные системы,

• умные дверные замки,

• моторные устройства с батарейным питанием,

• насосы и вентиляторы,

• образовательная робототехника,

• и оборудование промышленной автоматизации.

Механические размеры и рекомендуемая компоновка

Стоит ли использовать DRV8871?

DRV8871 стоит использовать, если вам нужен простой, но надежный драйвер для коллекторного двигателя постоянного тока.Это не лучший выбор для очень больших двигателей, но для проектов с двигателями малого и среднего размера он обеспечивает хороший баланс мощности, защиты и простоты управления.Его текущее регулирование, поддержка ШИМ и встроенные функции безопасности делают его лучшим вариантом, чем многие старые драйверы двигателей, особенно если вам нужна более плавная работа и меньше проблем с перегревом.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Почему DRV8871 использует регулирование тока и как это повышает надежность двигателя?

DRV8871 использует регулирование тока для ограничения чрезмерного тока двигателя во время запуска или в условиях перегрузки.Это помогает защитить двигатель и привод от перегрева или повреждения.

2. Какие преимущества имеет DRV8871 по сравнению со старыми драйверами двигателей, такими как L298N?

DRV8871 более эффективен, поскольку в нем используются выходы MOSFET вместо старых биполярных транзисторов.Он производит меньше тепла, тратит меньше энергии и имеет лучшие функции защиты.

3. Почему питание двигателя не должно поступать напрямую от контакта 5 В Arduino?

Двигатели постоянного тока могут потреблять большой ток, который может сбросить или повредить Arduino.Отдельный источник питания двигателя обеспечивает более безопасную и стабильную работу.

4. Как H-мост внутри DRV8871 управляет направлением вращения двигателя?

Н-мост меняет направление тока через двигатель.Это позволяет двигателю вращаться вперед или назад.

5. Что вызывает перегрев DRV8871 в системах двигателя?

Перегрев обычно вызван чрезмерным током двигателя, большими нагрузками, плохим охлаждением или неправильным напряжением питания.

6. Почему рекомендуется устанавливать конденсаторы рядом с входом питания VM DRV8871?

Конденсаторы помогают снизить падение напряжения и электрический шум, вызванный скачками тока двигателя.Это повышает общую стабильность системы.