Двигатель постоянного тока с ШИМ не работает под нагрузкой

Если вы посмотрите на конструкцию драйвера моста H, вы можете быть удивлены тем, как он ведет себя в условиях нагрузки. Ваш коэффициент ШИМ составляет 80/255 = 0,313, и вы могли бы подумать, что драйвер, питающийся от 5 В, будет производить: -

Vвых = 5 В х 0,313 = 1,57 вольт. Но этого не произойдет. По моим оценкам, при небольших нагрузках драйвер способен повышать напряжение примерно до 4,3 В и понижать примерно до 1 В - это означает, что предполагаемая цель 5 В на самом деле больше похожа на 3,3 В, что делает ваше реальное выходное постоянное напряжение (из-за ШИМ) более похожим на 1,04. вольт.

Это ухудшается при более высоких токах нагрузки. В спецификации указано, что выходное напряжение может повышаться до 3,6 В и понижаться до 1,2 В при подаче 1 А. Это означает, что при указанном коэффициенте ШИМ выходное напряжение будет:

$\dfrac{80}{255}\times (3.6 - 1.2) V = 0.753 V$

Таким образом, без изменения коэффициента ШИМ при небольших нагрузках на двигатель подается напряжение 1,04 В, а по мере увеличения механической нагрузки оно упадет примерно до 0,75 В при 1 А:

На самом деле это не очень хороший драйвер для вашего приложения, и будет хуже, если вы будете использовать наихудшие (а не типичные) значения.

Проблема заключается в отсутствии позиционной обратной связи.

Двигатели будут работать, как и ожидалось, на открытом воздухе, однако, как только они механически нагружены, вам необходимо знать положение ротора, чтобы вы могли замедлить ШИМ и позволить валу вращаться.

Попробуйте уменьшить частоту коммутации по мере увеличения нагрузки. Это позволит подавать больше мощности на обмотки в течение более длительного периода, что должно позволить им вращаться. В идеале вам нужен механизм обратной связи, который сообщит вашему процессору о положении ротора и о том, следует ли продлить управляющий импульс, чтобы достичь следующей точки контакта обмотки / щетки внутри двигателя.

Во-вторых, существует огромная разница между драйвером H-Bridge и настоящим H-Bridge. Задача микросхемы драйвера состоит исключительно в насыщении базы/затвора серии из 4 мощных MOSFET/BJT в H-конфигурации, как показано здесь:

Попытка управлять нагрузкой непосредственно с микросхемы драйвера может привести к ее необратимому повреждению, поскольку она не предназначена для этого.

Вы не принимаете во внимание падение напряжения, которое вносят выходные транзисторы, оно может достигать 1,5 В для высокой стороны и 2 В для низкой стороны по мере увеличения тока (указано @ 1 А).

Вы рассчитали коэффициент заполнения ШИМ для вывода в процентах от входного напряжения, но по мере увеличения тока, потребляемого двигателем (когда он загружается), будет дополнительное падение напряжения (падение VCE) на выходных транзисторах, плюс я не знаю Не знаю, если питание 12 В тоже падает.

Обычно вам нужна какая-то обратная связь, чтобы определить выходной ток и соответствующим образом изменить режим работы ШИМ.