Máxima potencia para Arduino Monster Moto Shield

La placa está clasificada para una corriente máxima de 30 A, no para una corriente de controlador continua de 30 A. La corriente de accionamiento continua especificada es 14A.

En la sección 4 de la hoja de datos del driver del motor , tiene la información del paquete y disipación térmica del driver.

La figura 40 muestra la resistencia térmica de la junta al ambiente de la placa en convección natural (es decir, sin ventiladores). El tablero en sí tiene aproximadamente un área de$3.5cm \cdot 6cm = 21cm^2$, que se comparte entre los dos conductores de motor. En aras de la simplicidad, supongamos que solo tenemos 1 controlador en ejecución, y solo obtenemos un ~ efectivo$15cm^2$de disipación de calor de PCB (cerca de los valores máximos que se muestran en la gráfica). En este nivel tenemos las siguientes resistencias térmicas unión-ambiente:

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

Los aumentos de temperatura por encima de la temperatura ambiente se dan en la tabla 15. Para este ejemplo, supongamos que estamos manejando HSA y LSB, y estamos analizando$T_{jHSAB}$(aumento de la temperatura de unión de las compuertas laterales altas).

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

Ahora vamos a referirnos a las características eléctricas del dispositivo. Las puertas MOSFET se pueden modelar como resistencias cuando están encendidas, con los siguientes valores de resistencia:

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

La disipación de potencia de una resistencia dada una corriente:

$P = I^2 \cdot R$

Entonces, reescribiendo la ecuación de aumento de temperatura de la unión, obtenemos:

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

Al graficar esto contra la corriente, obtenemos:

En ~12Ael impulso continuo, hemos excedido la unión térmica permitida del chip. Con esta corriente, un cálculo aproximado de disipación de calor para el chip del controlador es:

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

Además de estos cálculos, los motores de CC no tienen un consumo de corriente constante. Más bien, a medida que el motor se vuelve más rápido, genera una EMF inversa que disminuirá la corriente que fluye a través del motor hasta que el motor alcance la velocidad sin carga y consuma una corriente cercana a 0. La corriente máxima se consume en la parada (razón por la cual la parada de los motores de CC es mala). La potencia mecánica máxima se produce a la mitad de la velocidad sin carga.

Así que supongamos que manejamos un motor de 16 V y queremos la máxima potencia mecánica. Digamos por el bien del argumento que esto da como resultado que 12A fluya a través del circuito. A la mitad de la velocidad, obtenemos una EMF de 8 V, lo que da como resultado una potencia mecánica máxima de (suponiendo un motor 100 % eficiente):

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

Entonces, como puede ver, la potencia mecánica del motor es significativamente mayor que las pérdidas de calor del controlador del motor.

Sí, es mucho (pero los motores pueden tomar eso o más). No, la placa no puede manejarlo sin agregar disipadores de calor y enfriamiento. El caso de uso promedio para estos es más como 12V/6A o 72 vatios (corriente de parada). Los objetivos de diseño siempre deben ser (razonablemente) sobrediseñar, para protección. No desea ejecutar piezas a su máxima capacidad, por seguridad, longevidad y facilidad de expansión.