KAmod Motor Driver (PL)

Opis

KAmod Motor Driver jest sterownikiem silnika elektrycznego na napięcie stałe do 30 V. Umożliwia wybór kierunku obrotów silnika oraz regulację jego mocy w zakresie 0...100%, co w praktyce służy do regulacji prędkości obrotowej. Sygnałem sterującym może być sygnał napięciowy mieszczący się w jednym z 3 zakresów: 0...3,3 V, 0...5 V lub 0...10 V, lub sygnał PWM o amplitudzie 3,3 V, 5 V lub 10 V. Takie sygnały można łatwo uzyskać z płytek Raspberry, Arduino, Nucleo lub ze zwykłego potencjometru. Stopień mocy jest zbudowany z tranzystorów MOSFET połączonych w układzie mostka H, co zapewnia wysoką moc wyjściową i wysoką sprawność sterownika.

Podstawowe parametry

• Reguluje moc silnika metodą PWM
• Umożliwia pracę silnika w obu kierunkach
• Moc silnika może być sterowana sygnałem analogowym lub cyfrowym
• Analogowy sygnał sterujący może zawierać się w jednym z 3 zakresów: 0...3,3 V, 0...5 V lub 0...10 V
• Cyfrowy sygnał sterujący w postaci przebiegu PWM powinien mieć częstotliwość w zakresie 200 Hz... 50 kHz oraz amplitudę 3,3 V, 5 V lub 10 V
• Oddzielne wejście cyfrowe do sterownia kierunkiem obrotów silnika
• Funkcja łagodnego startu i łagodnego zatrzymania
• Funkcja zatrzymania za pomocą sygnału z czujnika krańcowego
• Funkcja zatrzymania z blokowaniem lub nie blokowaniem wału silnika
• Częstotliwość wyjściowego sygnału PWM: 750 Hz
• Zabezpieczenie przeciążeniowe (ograniczenie prądu wyjściowego)
• Zabezpieczenie przed przegrzaniem
• Zasilanie napięciem stałym z zakresu 6...30 V
• Maksymalny ciągły prąd silnika: 15 A
• Przyciski do szybkiego testowania
• Diody LED sygnalizujące stan pracy urządzenia

Kod	Opis
KAmod Motor Driver	Urządzenie zmontowane i uruchomione

Schemat elektryczny

Sterowanie mocą wyjściową

Złącze	Funkcja
ADJ IN Szpilki goldpin 3x1, 2,54 mm	Wejście sygnału sterującego analogowego lub cyfrowego Sygnał analogowy to napięcie o odpowiednim zakresie zmian Sygnał cyfrowy to sygnał PWM o regulowanym wypełnieniu Na złączu wyprowadzone jest napięcie 3,3 V

Szpilki złącza ADJ IN pełnią następujące funkcje:

• V (pin 1, po prawej) – wyjście napięcia 3,3 V, które można obciążyć prądem do 10 mA;
• S (pin 2, środkowy) – wejście sygnału analogowego lub cyfrowego, maksymalne doprowadzone napięcie nie może przekraczać 16 V;
• G (pin 3, po lewej) – masa układu, należy dołączyć masę sygnału sterującego.

Doprowadzony sygnał analogowy musi mieścić się w jednym z 3 zakresów sterujących: 0...3,3 V; 0...5 V lub 0...10 V. Moc wyjściowa sterownika silnika będzie proporcjonalna do napięcia przyłożonego do styku S i zależy od wybranego zakresu sterującego. Do styków V, S, G złącza można połączyć zwykły potencjometr i w ten sposób regulować moc wyjściową.

Sygnał cyfrowy - PWM może mieć częstotliwość w zakresie od 200 Hz do 50 kHz, wypełnienie w zakresie od 0 do 100% oraz amplitudę o napięciu 3,3 V, 5 V lub 10 V. Moc wyjściowa sterownika silnika będzie proporcjonalna do współczynnika wypełnienia sygnału PWM.

Zakres sterujący zarówno dla sygnału analogowego, jak i cyfrowego, jest wybierany za pomocą złącza IN.RNG.

Wybór zakresu amplitudy sygnału sterującego

Złącze	Funkcja
IN.RNG Szpilki goldpin 4x1, 2,54 mm	Ustawienie zakresu napięcia dla sygnału sterującego analogowego i cyfrowego

Sygnał sterujący doprowadzony do złącza ADJ IN może pochodzić z różnych układów, płytek uruchomieniowych i komputerków SBC. Dwa najbardziej popularne standardy poziomu napięcia układów cyfrowych to 3,3 V oraz 5 V. Natomiast sygnał analogowy stosowany w systemach automatyki domowej i przemysłowej to sygnał o zakresie 0...10 V. Aby sterownik silnika KAmod Motor Driver prawidłowo współpracował z różnymi systemami należy ustawić właściwy zakres napięcia dla sygnału sterującego. Służy do tego złącze IN.RNG (input range).

Ustawienie zworki w jednej z 3 pozycji powala wybrać 1 z 3 zakresów:

• zaworka na szpilkach 1-2: zakres napięcia dla sygnału sterującego wynosi 10 V;
• zaworka na szpilkach 2-3: zakres napięcia dla sygnału sterującego wynosi 5 V;
• zaworka na szpilkach 3-4: zakres napięcia dla sygnału sterującego wynosi 3,3 V.

Położenie zworki oraz odpowiadające mu zakresy napięcia zostały wyraźnie oznaczone na płytce sterownika silnika.

Sterowanie polaryzacją wyjścia (kierunkiem obrotów silnika)

Złącze	Funkcja
DIR Szpilki goldpin 3x1, 2,54 mm	Wybór polaryzacji napięcia wyjściowego, czyli kierunku obrotów silnika

Kierunek obrotów typowego silnika prądu stałego zależy od polaryzacji napięcia zasilającego silnik. Odwracając polaryzację napięcia można odwrócić kierunek obrotów silnika. Sterownik silnika KAmod Motor Driver pozwala wybrać kierunek obrotów silnika za pomocą stanu na złączu DIR.

Ustawienie zworki w jednej z 2 pozycji powala wybrać jeden z 2 kierunków - polaryzację napięcia na wyjściu:

• zaworka na szpilkach 1-2 (po prawej stronie): na wyjściu OUT 1 będzie potencjał dodatni, a na wyjściu OUT 2 – masa zasilania;
• zaworka na szpilkach 2-3 (po lewej stronie): na wyjściu OUT 1 będzie masa zasilania, a na wyjściu OUT 2 – potencjał dodatni.

Szpilki złącza DIR pełnią następujące funkcje:

• pin 1 (po prawej) – wyjście napięcia 3,3 V, które można obciążyć prądem do 10 mA;
• pin 2 (środkowy) – wejście sygnału cyfrowego określającego kierunek;
• pin 3 (po lewej) – masa układu, należy dołączyć masę sygnału sterującego.

Wejście DIR jest normalnie podciągnięte do 3,3 V (pull-up). Zmiana stanu nastąpi po podaniu masy na pin 2 lub zwarciu pinów 2-3. Na wejście można podać napięcie do 6 V.

Wymuszenie zatrzymania pracy silnika

Złącze	Funkcja
LIMIT Szpilki goldpin 3x1, 2,54 mm	Natychmiastowe zatrzymanie pracy silnika Ustawienie mocy wyjściowej na 0%

Działanie silnika można w każdej chwili przerwać. Moc wyjściowa jest wtedy ustawiana na wartość 0% niezależnie od sygnału sterującego doprowadzonego na wejście ADJ IN. Po zatrzymaniu za pomocą złącza LIMIT, ponowne uruchomienie silnika jest możliwe po spełnieniu jednego z 2 warunków:

• zostanie zmieniony kierunek obrotów, poprzez zmianę stanu na złączu DIR. Silnik rozpocznie pracę w przeciwnym kierunku, nawet jeśli sygnał na złączu LIMIT pozostaje w stanie aktywnym w momencie zmiany kierunku.
• sygnał sterujący na złączu ADJ IN osiągnie wartość zerową oraz sygnał na złączu LIMIT przejdzie w stan nieaktywny. Po ponownym zwiększeniu sygnału na złączu ADJ IN silnik rozpocznie pracę w dowolnie ustawionym kierunku.

Stan na złączu LIMIT jest:

• aktywny, gdy zwarte są szpilki 2-3 (po lewej stronie);
• nieaktywny, gdy zwarte są szpilki 1-2 (po prawej stronie), lub nie są zwarte żadne szpilki.

Szpilki złącza LIMIT pełnią następujące funkcje:

• pin 1 (po prawej) – wyjście napięcia 3,3 V, które można obciążyć prądem do 10 mA;
• pin 2 (środkowy) – wejście sygnału cyfrowego aktywującego funkcję zatrzymania;
• pin 3 (po lewej) – masa układu, należy dołączyć masę sygnału sterującego.

Wejście LIMIT jest normalnie podciągnięte do 3,3 V (pull-up). Aktywny stan nastąpi po podaniu masy na pin 2 lub zwarciu pinów 2-3. Na wejście można podać napięcie do 6 V.

BRK/FRE – Wybór sposobu zatrzymania

Złącze	Funkcja
BRK/FRE Szpilki goldpin 3x1, 2,54 mm	Wybór sposobu zatrzymania – z hamowaniem, lub bez

Zatrzymanie pracy silnika za pomocą złącza LIMIT może być wykonane na 2 sposoby:

• w sposób swobodny,
• z hamowaniem.

Stan złącza BRK/FRE pozwala wybrać jedną z tych opcji:

• zatrzymanie swobodne - zwarte szpilki 1-2 (po prawej stronie). Zasilanie silnika jest odłączane i silnik wytraca prędkość, aż do zatrzymania;
• zatrzymanie z hamowaniem - zwarte szpilki 2-3 (po lewej stronie). Zasilanie silnika jest odłączane, a jego zaciski zasilające są zwierane do masy, co powoduje gwałtowne wyhamowanie silnika.

Włączona funkcja zatrzymania z hamowaniem powoduje, że przy zerowym sygnale sterującym na złączu ADJ IN, silnik również jest blokowany - jego zaciski zasilające są zwierane do masy, co znacznie utrudnia jego obracanie za pomocą zewnętrznej siły.