Maximale Leistung für Arduino Monster Moto Shield

Die Platine ist für einen Spitzenstrom von 30 A ausgelegt, nicht für einen Dauertreiberstrom von 30 A. Der spezifizierte Dauerantriebsstrom beträgt 14A.

In Abschnitt 4 des Datenblatts für den Motortreiber finden Sie Informationen zum Gehäuse und zur Wärmeableitung für den Treiber.

Abbildung 40 zeigt den thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht und Umgebung der Platine bei natürlicher Konvektion (dh ohne Lüfter). Das Board selbst hat ungefähr eine Fläche von$3.5cm \cdot 6cm = 21cm^2$, die von den beiden Motortreibern geteilt wird. Nehmen wir der Einfachheit halber an, dass nur 1 Treiber ausgeführt wird und wir nur ein effektives ~ erhalten$15cm^2$des PCB-Kühlkörpers (in der Nähe der im Diagramm gezeigten Maximalwerte). Auf dieser Ebene haben wir die folgenden thermischen Widerstände zwischen Sperrschicht und Umgebung:

$R_{thHS} = 28 \frac{C}{W}\\ R_{thLS} = 26 \frac{C}{W}\\ R_{thHSLS} = R_{thLSLS} = 7.5 \frac{C}{W}$

Der Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur ist dann in Tabelle 15 angegeben. Nehmen wir für dieses Beispiel an, wir fahren HSA und LSB und wir analysieren$T_{jHSAB}$(Sperrschichttemperaturanstieg der High-Side-Gates).

$T_{jHSAB} = P_{HS} \cdot R_{thHS} + P_{LS} \cdot R_{thHSLS} + T_{amb}$

Lassen Sie uns nun auf die elektrischen Eigenschaften des Geräts verweisen. Die MOSFET-Gates können im eingeschalteten Zustand als Widerstände mit den folgenden Widerstandswerten modelliert werden:

$R_{HS} = 28 m\Omega\\ R_{LS} = 10 m\Omega\\ $

Die Verlustleistung eines Widerstands bei einem Strom:

$P = I^2 \cdot R$

Wenn wir also die Gleichung für den Anstieg der Sperrschichttemperatur umschreiben, erhalten wir:

$T_{jHSAB} = I^2 \cdot R_{HS} \cdot R_{thHS} + I^2 \cdot R_{LS} \cdot R_{thHSLS} + T_{amb}$

Wenn wir dies gegen den Strom darstellen, erhalten wir:

Bei ~12Akontinuierlicher Fahrt haben wir die zulässige thermische Sperrschicht des Chips überschritten. Bei diesem Strom lautet eine grobe Berechnung der Wärmeableitung für den Treiberchip:

$P_{d} = I^2 \cdot R_{HS} + I^2 \cdot R_{LS} = 5.47W$

Zusätzlich zu dieser Berechnung haben Gleichstrommotoren keinen konstanten Stromverbrauch. Wenn der Motor schneller wird, erzeugt er vielmehr eine Gegen-EMK, die den durch den Motor fließenden Strom verringert, bis der Motor die Leerlaufdrehzahl erreicht und nahezu 0 Strom verbraucht. Beim Abwürgen wird maximaler Strom verbraucht (der Grund, warum das Abwürgen von Gleichstrommotoren schlecht ist). Die maximale mechanische Leistung tritt bei halber Leerlaufdrehzahl auf.

Nehmen wir also an, wir treiben einen Motor mit 16 V an und wollen maximale mechanische Leistung. Nehmen wir aus Gründen der Argumentation an, dass 12 A durch die Schaltung fließen. Bei halber Geschwindigkeit erhalten wir eine Gegen-EMK von 8 V, was zu einer maximalen mechanischen Leistung von (unter der Annahme eines 100 % effizienten Motors) führt:

$P_M = (16V - 8V) \cdot 12A = 96W$

Wie Sie sehen können, ist die mechanische Motorleistung deutlich höher als die Wärmeverluste des Motortreibers.

Ja, es ist viel (aber Motoren nehmen das oder mehr). Nein, das Board kommt damit nicht zurecht, ohne Kühlkörper und Kühlung hinzuzufügen. Der durchschnittliche Anwendungsfall für diese liegt eher bei 12 V / 6 A oder 72 Watt (Stallstrom). Designziele sollten zum Schutz immer ein (angemessenes) Überdesign sein. Aus Gründen der Sicherheit, Langlebigkeit und einfachen Erweiterbarkeit möchten Sie Teile nicht mit ihrer maximalen Kapazität betreiben.