Este artículo proporciona una guía práctica sobre cómo evaluar circuitos integrados diseñados para controlar motores de CC con escobillas.

La mayoría de las personas que diseñan circuitos o sistemas eléctricos eventualmente necesitarán controlar un motor. Estos dispositivos electromecánicos fundamentales se encuentran en robots, maquinaria industrial, equipos ópticos, electrónica de consumo, vehículos eléctricos y probablemente en casi cualquier otra categoría de productos relacionados con la electricidad.

Si alguna vez ha conectado una batería a un motor de CC con escobillas y lo ha visto girar, sabe que manejar un motor puede ser muy fácil. Sin embargo, también puede ser complicado, y en tales casos nos complacemos en recurrir a circuitos integrados de motor-conductor que simplifican nuestra tarea de diseño y, al mismo tiempo, brindan un rendimiento que sería difícil (o prácticamente imposible) de replicar utilizando componentes discretos.

Lo primero que debe saber al buscar un controlador de motor IC es el tipo de motor que planea usar. En este artículo, me centraré en los motores de CC con escobillas, y el siguiente artículo se centrará en los motores paso a paso. Ambos son muy comunes en sistemas de baja y media tensión; Si su aplicación requiere un movimiento de rotación, es muy probable que pueda implementar la funcionalidad requerida utilizando un motor de CC con escobillas o un motor paso a paso.

Conducir cepillado DC motores

Como se indicó anteriormente, para hacer girar un motor de CC con escobillas, todo lo que realmente necesita es un voltaje (suponiendo que el suministro puede suministrar la corriente requerida). Pero rara vez estamos satisfechos con una funcionalidad tan básica, y esta es la razón por la cual los motores de CC con escobillas suelen ser accionados por un puente H (también conocido como puente completo).

Un puente completo permite que las señales de control de bajo voltaje hagan que un motor gire en una dirección, lo haga girar en la otra dirección o lo desactive. Los circuitos integrados del controlador del motor destinados a motores de CC con escobillas se construyen alrededor de uno o más circuitos de puente completo. Digo "construido alrededor" porque si un chip no es más que un puente completo, apenas puede llamarse un IC, son solo cuatro transistores.

Voltaje y corriente

Lo primero que debe buscar es el voltaje y las clasificaciones de corriente que son compatibles con su motor y aplicación. Encontrar una especificación de voltaje adecuada no es difícil, especialmente porque muchos dispositivos tienen un rango de voltaje de alimentación bastante grande (por ejemplo, 4.5 V a 36 V u 8 V a 52 V).

Encontrar una pieza con la capacidad actual adecuada tampoco es difícil, pero hay algunos detalles que debe tener en cuenta. El problema aquí es que la corriente no solo se trata de la corriente, sino que también conduce a la disipación de potencia, ya que a medida que la corriente del motor circula a través de la resistencia de estado de los transistores de puente completo, la potencia se disipa de acuerdo con la fórmula I2× R. Como es habitual, esta disipación de energía toma la forma de generación continua de calor, y si este calor se acumula lo suficiente como para causar un aumento importante en la temperatura de los componentes, es posible que tenga un problema. Como señalé en este artículo en el tablero de control del robot C-BISCUIT, un IC de accionamiento motorizado que funciona a su corriente nominal máxima puede alcanzar rápidamente una temperatura interna que hace que entre en el apagado térmico.

La conclusión aquí es que debe elegir un IC que tenga suficiente capacidad de transmisión de corriente, pero también debe asegurarse de que su diseño térmico permita una transferencia de calor generosa. Si cree que hay alguna posibilidad de que su IC de motor sea sometido a temperaturas internas estresantes, busque un dispositivo que tenga una almohadilla térmica expuesta e incluya una fuente de cobre grande con múltiples vías. Si el área de PCB es limitada y no puede incorporar un disipador de calor mecánico, puede reducir la disipación de energía eligiendo un controlador con una resistencia de estado más baja.

Observe la gran área de cobre, con numerosas vías, conectadas a la almohadilla expuesta de este motor-controlador IC.

Lógica de control

Un IC de controlador de motor incluye circuitos que simplifican la interfaz entre el puente H, que en realidad controla el motor, y las señales que indican el puente H cómo para controlar el motor. Los diferentes chips ofrecen diferentes interfaces, y debe pensar si uno de estos es mejor que los otros dentro del contexto de una aplicación determinada. Aquí están algunos ejemplos:

MAX14872 (Maxim): Este controlador tiene una entrada de nivel lógico para la rotación hacia adelante y una entrada de nivel lógico para la rotación hacia atrás, así como un pin de activación activa-baja que se puede usar para apagar el dispositivo. La aplicación de lógica baja a las clavijas de avance y retroceso es la forma en que "frena" el motor, es decir, hace que se detenga rápidamente.

Diagrama tomado de la hoja de datos MAX14872.

BD6220F (ROHM): Esta parte tiene una entrada para la rotación hacia adelante, una entrada para la rotación hacia atrás y un pin "VREF" que controla el ciclo de trabajo de la tensión de control del motor. La modulación por ancho de pulso del voltaje del motor es una forma sencilla de implementar el control de velocidad, ya que variar el ancho de pulso de la señal PWM determina el voltaje promedio que se aplica al bobinado del motor.

MC33HB2001 (NXP): Además de las entradas de nivel lógico para controlar la rotación del motor, este controlador incluye un bus SPI que se puede usar para configurar el dispositivo y monitorear su estado.

Diagrama tomado de la hoja de datos del MC33HB2001.

Diagnósticos

Como lo demuestra el último ejemplo dado en la sección anterior, los circuitos integrados del controlador del motor no son dispositivos de "solo entrada". Al elegir una pieza, debe considerar no solo cómo desea controlar el motor, sino también qué tipo de información relacionada con el motor desea que el sistema conozca. El MAX14872, por ejemplo, tiene un único pin de falla que indica una condición de sobrecorriente o una condición de apagado térmico. El MC33HB2001, en contraste, tiene doce indicadores de estado:

Un solo pin de falla no proporciona mucha retroalimentación y doce indicadores de estado son excesivos para la mayoría de las aplicaciones. Preferiría una interfaz con tres o cuatro pines que transmitan la información más importante sobre el estado del sistema del motor, pero después de examinar las piezas por un tiempo, tengo la impresión de que la mayoría de los circuitos integrados del controlador del motor solo proporcionan una señal de falla.

Conclusión

Este artículo le brinda información básica que lo ayudará a iniciar su búsqueda del IC perfecto para el conductor del motor. Si tiene experiencia con partes específicas que cree que son particularmente valiosas en ciertos tipos de aplicaciones, siéntase libre de compartir sus pensamientos en la sección de comentarios a continuación.

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