Максимальная мощность для Arduino Monster Moto Shield

Плата рассчитана на пиковый ток 30А, а не на непрерывный ток драйвера 30А. Заявленный непрерывный ток привода составляет 14 А.

В разделе 4 таблицы данных для драйвера двигателя есть информация о корпусе и тепловыделении для драйвера.

На Рисунке 40 показано тепловое сопротивление платы соединение-окружающая среда при естественной конвекции (т.е. без вентиляторов). Сама доска имеет площадь примерно$3.5cm \cdot 6cm = 21cm^2$, который распределяется между двумя драйверами двигателей. Для простоты предположим, что у нас работает только 1 драйвер, и мы получаем только эффективный ~$15cm^2$теплоотвода печатной платы (близко к максимальным значениям, показанным на графике). На этом уровне мы имеем следующие тепловые сопротивления переход-окружающая среда:

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

Затем температура поднимается выше температуры окружающей среды и указывается в таблице 15. Для этого примера предположим, что мы управляем HSA и LSB, и мы анализируем$T_{jHSAB}$(повышение температуры соединения высоких боковых ворот).

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

Теперь обратимся к электрическим характеристикам устройства. Затворы MOSFET можно смоделировать как резисторы во включенном состоянии со следующими значениями сопротивления:

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

Рассеиваемая мощность резистора при токе:

$P = I^2 \cdot R$

Таким образом, переписав уравнение повышения температуры перехода, мы получим:

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

Построив это по сравнению с текущим, мы получим:

При ~12Aнепрерывном движении превышен допустимый тепловой спай чипа. При таком токе приблизительный расчет тепловыделения для микросхемы драйвера:

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

В дополнение к этим расчетам, двигатели постоянного тока не имеют постоянного потребления тока. Скорее, по мере того, как двигатель становится быстрее, он генерирует обратную ЭДС, которая будет уменьшать ток, протекающий через двигатель, до тех пор, пока двигатель не достигнет скорости без нагрузки и не будет потреблять ток, близкий к 0. Максимальный ток потребляется при опрокидывании (причина, по которой опрокидывание двигателей постоянного тока – это плохо). Максимальная механическая мощность возникает при половине скорости холостого хода.

Итак, давайте предположим, что у нас есть двигатель с напряжением 16 В, и нам нужна максимальная механическая мощность. Скажем, ради аргумента, это приводит к 12 А, протекающим по цепи. На половинной скорости мы получаем противо-ЭДС 8 В, что приводит к максимальной механической мощности (при условии, что двигатель работает со 100% эффективностью):

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

Как видите, механическая мощность двигателя значительно выше, чем тепловые потери привода двигателя.

Да, это много (но моторы берут столько и больше). Нет, без добавления радиаторов и охлаждения плата не справляется. Средний вариант использования для них больше похож на 12 В / 6 А или 72 Вт (ток останова). Цели дизайна всегда должны заключаться в том, чтобы (разумно) перепроектировать для защиты. Вы не хотите запускать детали на максимальной мощности из соображений безопасности, долговечности и простоты расширения.