VNH5019 Motor Driver Carrier
(VNH5019 모터 드라이버)
개요
- 본 제품은 VNH5019 모터 드라이버 IC를 탑재한 보드로 5.5v ~ 24V에서 동작하며,
- 연속으로 12A 전류를 공급이 가능합니다. (피크시 30A)
- 2.5v ~ 5V 로직레벨에서 동작이 가능하며, ultrasonic PWM(20Khz까지)과 전류 감지 피드백(모터 전류에 따른 아날로그 전압 출력)을 지원합니다.
- 역전압, 저전압, 과전압, 과전류에 대한 빌트인 보호기능을 가지고 있어, 본 제품은 훌륭한 범용 모터 드라이버로 사용될 수 있습니다.
- 본 보드는 풀업저항, 전류제한 저항, reverse battery 보호를 위한 FET를 장착하고 있습니다.
- 제품에는 사용에 필요한 터미널블럭이 포함되어 있습니다
특징
- 동작전압: 5.5 – 24V (하지만 24V 배터리를 사용하는 것은 추천하지 않습니다)
- 출력 전류: 연속전류 12A (피크시 30A)
- 3V 호환 입력
- 20Khz까지의 ultrasonic PWM
- 전류 센싱 출력은 모터 전류에 비례함(약 140mV/A)
- 모터 표시 LED는 출력 상태를 표시함
- 신뢰성
- Reverse-voltage protection
- Can survive input voltages up to 41 V
- Undervoltage and overvoltage shutdown
- High-side and low-side thermal shutdown
- Short-to-ground and short-to-Vcc protection
모터 드라이버 사용하기
- 모터와 모터 전원 연결은 보드의 한쪽 면에 컨트롤 연결은 다른 한쪽 면에 연결합니다.
- 모터 파워는 아래 그림 오른쪽의 VIN과 GND핀에 연결하며 많은 전류를 내보낼 수 있는 5.5V~24V 사이의 전원이어야 합니다.
- 로직 전원(보통 2.5V - 5V)은 반대편 작은 VDD와 GND 패드에 연결하며 ENA와 ENB enable line의 내부 풀업에 전원을 공급하는데 사용됩니다.
- 2.1V이상 컨트롤 입력 전압은 HIGH로 인식되므로 드라이버는 3.3V 혹은 5V시스템과 직접 인터페이스 할 수 있습니다.
- 아래의 다이어그램은 모터 드라이버를 마이크로컨트롤러와 연결하는 방법을 보여줍니다.
- 이 설정에서 모터 방향은 INA와 INB의 상태에 의해 결정이 됩니다.
- 모터 속도는 드라이버의 PWM핀에 의해 결정되며 PWM핀은 LOW상태로 내려져 있습니다. 그래서 모터트라이버의 출력은 기본적으로 disable되어 있습니다.
- INA와 INB 핀은 플로팅상태입니다.
- VNH5019A-E 데이터쉬트를 참고하여 INA, INB, PWM핀이 드라이버 출력, OUTA, OUTB에 어떤 영향을 미치는 지 확인하여 보십시오
- PWM핀은 HIGH로 잡고(예, VDD에 연결) INA와 INB핀에 직접 PWM하여 마이크로컨트롤러의 I/O핀을 절약하는 것도 가능합니다.
- 참고: 모터의 속도가 증가하면 모터LED가 점점 더 밝게 변하며, 방향에 따라 LED의 색이 변합니다.
핀아웃
PIN | Default State | Description |
VIN | The connection point for the positive side of the 5.5 – 24 V motor power supply. Since the overvoltage protection can be as low as 24 V, we do not recommend using 24V batteries for VIN. | |
VDD | The connection point for the positive side of the logic power supply (typically 2.5 – 5 V). The only function of this pin is to power the internal pull-ups on the two enable lines, ENA and ENB. | |
VOUT | This pin gives you access to the motor power supply after the reverse-voltage protection MOSFET (see the board schematic below). It can be used to supply reverse-protected power to other components in the system, but it should not be used for high currents. This pin should only be used as an output. | |
GND | Ground connection points for logic and motor power supplies. The control source and the motor driver must share a common ground. | |
OUTA | Output of half-bridge A (connects to one terminal of a DC motor). | |
OUTB | Output of half-bridge B (connects to the other terminal of a DC motor). | |
PWM | LOW | Pulse width modulation input: a PWM signal on this pin corresponds to a PWM output on the motor outputs. |
INA | FLOAT | Motor direction input A ("clockwise" input). |
INB | FLOAT | Motor direction input B ("counterclockwise" input). |
CS | Current sense output. The pin voltage is roughly 140 mV per amp of output current when the CS_DIS pin is low or disconnected. The current sense reading is more accurate at higher currents. (Note that while the CS voltage can potentially exceed 3.3 V at high currents, the current sense circuit should be safe for use with many 3.3V analog inputs. Most MCUs have integrated protection diodes that will clamp the input voltage to a safe value, and since the CS circuit has a 10 kΩ resistor in series with the output, only a few hundred microamps at most will flow through that diode.) | |
ENA/DIAGA | HIGH | Combination enable input/diagnostic output for half-bridge A. When the driver is functioning normally, this pin acts as an enable input, with a logical high enabling half-bridge A and a logical low disabling half-bridge A. When a driver fault occurs, the IC drives this pin low and half-bridge A is disabled. This pin is connected to VDD through a pull-up resistor on the board. |
ENB/DIAGB | HIGH | Combination enable input/diagnostic output for half-bridge B. See the description of ENA/DIAGA. |
CS_DIS | LOW | Disables the current sense output, CS, when high. Can be left disconnected in most applications. |
구성품
회로도
- VNH5019 carrier schematic (34k pdf)
VNH3SP30, VNH2SP30, VNH5019 칩 비교
VNH3SP30 | VNH2SP30 | VNH5019 | |
Operating voltage: (1) | 5.5 – 16 V (2) | 5.5 – 16 V | 5.5 – 24 V |
MOSFET on-resistance (per leg): | 34 mΩ typ. | 19 mΩ max. | 18 mΩ typ. |
Max PWM frequency | 10 kHz | 20 kHz | 20 kHz |
Current sense | n/a | 0.13 V/A typ. | 0.14 V/A typ. |
Over-voltage shutoff | 36 V min. (2) / 43 V typ. | 16 V min. / 19 V typ. | 24 V min. / 27 V typ. |
Logic input high threshold | 3.25 V min. | 3.25 V min. | 2.1 V min. |
Time to overheat at 20 A (3) | 8 s | 35 s | 20 s |
Time to overheat at 15 A (3) | 30 s | 150 s | 90 s |
Current for infinite run time (3) | 9 A | 14 A | 12 A |
실제 사용시 고려사항
- 모터 드라이버는 최대 30A의 전류를 내보낼 수 있다고 명시되어 있습니다만, 위의 표를 보면 칩이 보다 낮은 전류상(20A 혹은 15A)에서도 overheat 되는 것을 알 수 있습니다. 따라서 실제로 보낼 수 있는 전류는 모터 드라이버를 어떻게 잘 식혀주느냐에 달려 있습니다.
- 본 제품은 칩의 열을 발산하도록 디자인 되어 있습니다만 heat sink를 추가하여 열을 식혀 준다면 성능이 좀 더 개선 될 수 있습니다. 테스트 결과에 의하면 30A의 전류를 공급시에 overheat가 없는 시간은 아주 짧은 시간(1초이내)이며, 20A를 공급시에는 수초간 overheat없는 상태를 유지할 수 있습니다. 6A의 경우 칩을 만졌을때 간신히 열이 느껴지는 정도 수준입니다.
- 그리고 높은 전류를 사용하는 경우에는 터미널 블럭을 사용하지 말고 모터와 전원 와이어를 본 제품에 납땜하여 사용하십시오. 터미널 블럭은 15A 등급입니다.
- 본 제품은 over current protection이 30A에서 시작되기 때문에 사용하는 모터의 stall current 는 30A가 넘어가서는 안됩니다.
리소스
- VNH5019A-E datasheet (629k pdf)
- VNH5019 motor driver carrier schematic (34k pdf)