Cómo funciona el DRV8871 para el control de motores de CC con escobillas

El DRV8871 es un controlador de motor para controlar un motor de CC con escobillas en proyectos electrónicos pequeños y medianos.Es útil cuando necesita un control de velocidad suave, rotación hacia adelante y hacia atrás y una mejor protección que los módulos de controlador de motor más antiguos.Este artículo analizará qué es el DRV8871, sus características principales, funciones de los pines, funcionamiento interno, proceso de cableado, ejemplos de control de Arduino, problemas comunes, comparaciones con otros controladores de motor y más.

Catálogo

¿Qué es el controlador de motor DRV8871?

el DRV8871 es un CI de controlador de motor de CC con escobillas que se utiliza para controlar la velocidad y la dirección de un solo motor de CC.Utiliza un diseño de puente H, por lo que el motor puede girar hacia adelante o hacia atrás según las señales de entrada de un microcontrolador.DRV8871 admite control de velocidad PWM y puede manejar voltajes de suministro de motor de 6,5 V a 45 V.El DRV8871 también incluye funciones de protección y regulación de corriente, lo que ayuda a proteger el motor y el controlador durante el arranque, la sobrecarga o las condiciones de bloqueo.

Características del DRV8871

• Controlador de motor de puente H – Controla un motor CC con escobillas con capacidad de rotación hacia adelante y hacia atrás.

• Amplio rango de voltaje de funcionamiento (6,5 V a 45 V) – Admite aplicaciones de motores de bajo y alto voltaje.

• Unidad de corriente máxima de 3,6 A. – Maneja altas demandas de arranque y corriente transitoria del motor.

• Salida MOSFET RDS baja (activada) – Reduce la pérdida de energía y la generación de calor durante el funcionamiento.

• Control de velocidad PWM – Permite un ajuste suave de la velocidad del motor utilizando señales PWM de un microcontrolador.

• Regulación actual sin resistencia de detección – Utiliza detección de corriente interna para simplificar el diseño del circuito.

• Modo de suspensión de bajo consumo – Minimiza el consumo de energía cuando el motor está inactivo.

• Paquete HSOP compacto – El paquete pequeño de 8 pines ayuda a ahorrar espacio en la PCB en diseños compactos.

• Bloqueo por subtensión (UVLO) – Protege al controlador cuando la tensión de alimentación es demasiado baja.

• Protección contra sobrecorriente (OCP) – Evita que una corriente excesiva dañe el controlador o el motor.

• Apagado térmico (TSD) – Desactiva automáticamente el controlador durante condiciones de sobrecalentamiento.

• Recuperación automática de fallas – Restaura el funcionamiento normal después de eliminar las condiciones de falla.

Distribución de pines y funciones de pines del DRV8871

Alfiler	Nombre	Función
1	Tierra	suelo Conexión para circuitos lógicos y de control.
2	IN2	Entrada lógica utilizada para controlar la dirección del motor y la operación de frenado.
3	EN1	Entrada lógica utilizada junto con IN2 para dirección del motor y control PWM.
4	ILIM	Configura el motor límite de corriente mediante una resistencia externa.
5	máquina virtual	Potencia del motor principal voltaje de entrada de suministro.
6	SALIDA1	Salida del motor terminal conectado a un lado del motor de CC.
7	PGND	Tierra eléctrica Conexión para la ruta de retorno de corriente del motor.
8	OUT2	Salida del motor terminal conectado al otro lado del motor de CC.
—	Almohadilla térmica	Ayuda a disipar Calienta y mejora el rendimiento térmico del IC.

Cómo funciona internamente el DRV8871

Como se muestra en el diagrama de bloques funcionales, el DRV8871 utiliza un puente H interno formado por cuatro MOSFET para controlar la dirección y la velocidad de un motor de CC con escobillas.Las entradas lógicas IN1 e IN2 controlan cómo fluye la corriente a través del motor conectado a OUT1 y OUT2, lo que permite la rotación hacia adelante, la rotación hacia atrás, el frenado o el funcionamiento en modo de inercia.Los controladores de compuerta internos y la bomba de carga ayudan a cambiar los MOSFET de manera eficiente para el control de velocidad del motor PWM.

El diagrama también muestra los circuitos internos de protección y detección de corriente del DRV8871.El pin ILIM utiliza una resistencia externa para establecer el límite de corriente del motor, lo que ayuda a reducir la corriente excesiva de arranque o parada.Durante condiciones de sobrecarga, el controlador regula automáticamente la corriente mediante corte de corriente PWM para proteger el motor y la fuente de alimentación.Esto mejora la confiabilidad del sistema y reduce los problemas de sobrecalentamiento en aplicaciones reales.

El DRV8871 también incluye funciones de protección integradas, como monitoreo de sobrecorriente, detección de temperatura y monitoreo de voltaje.Si ocurre una condición de falla, el controlador puede apagarse temporalmente y recuperarse automáticamente cuando regresen las condiciones normales.En aplicaciones de bajo consumo, el dispositivo puede entrar en modo de suspensión para reducir el consumo de energía cuando el motor no está funcionando.

DRV8871 Regulación actual y operación PWM

Diagrama esquemático simplificado, el DRV8871 utiliza entradas de control IN1 e IN2 para gestionar el funcionamiento del motor de CC con escobillas.El controlador incluye detección de corriente interna, protección contra fallas y un pin ILIM que permite ajustar el límite de corriente del motor mediante una resistencia externa.Esto ayuda a proteger el motor y la fuente de alimentación contra una corriente de arranque o de parada excesiva.

La imagen de forma de onda demuestra cómo el DRV8871 realiza la regulación de corriente PWM durante el funcionamiento.Cuando la corriente del motor alcanza el límite programado, el controlador utiliza automáticamente el corte de corriente PWM para reducir la corriente y mantener un funcionamiento seguro.La forma de onda también muestra el comportamiento de caída de la corriente a medida que la corriente del motor aumenta y disminuye durante los ciclos de conmutación PWM.Este método de regulación mejora la confiabilidad del motor, reduce el sobrecalentamiento y ayuda a proporcionar un control más suave del motor.

Proceso de cableado y conexión DRV8871

Conexión básica del controlador del motor DRV8871 con un Arduino Uno.Los pines de control IN1 e IN2 del DRV8871 están conectados a los pines digitales 9 y 10 de Arduino para controlar la dirección del motor y el control de velocidad PWM.Las tierras tanto del Arduino como del DRV8871 deben estar conectadas entre sí para establecer una referencia común para la comunicación de señales.

El motor de CC está conectado a los terminales de salida del motor del DRV8871, mientras que una fuente de alimentación externa del motor está conectada a los terminales de alimentación VM y GND.El suministro del motor debe coincidir con los requisitos de voltaje del motor que se utiliza.Dado que los motores de CC pueden consumir una alta corriente de arranque, el motor no debe alimentarse directamente desde el pin Arduino de 5 V.

El DRV8871 también puede funcionar con placas ESP32 porque sus entradas lógicas son compatibles con señales de control PWM de microcontroladores modernos.Cuando se utiliza ESP32, se aplica el mismo principio de conexión: conecte los pines GPIO con capacidad PWM a IN1 e IN2, conecte las tierras juntas y use una fuente de alimentación de motor separada para la entrada de voltaje del motor.

Para un funcionamiento estable, se recomienda colocar condensadores a granel cerca de la entrada de alimentación del VM para reducir las caídas de voltaje y el ruido eléctrico generado por el motor.Los componentes de protección y el cableado adecuado ayudan a prevenir reinicios aleatorios, funcionamiento inestable del motor, sobrecalentamiento y problemas de comunicación causados ​​por picos de corriente del motor.

Ejemplo de código Arduino para DRV8871

Código básico de rotación del motor

Ejemplo de control de velocidad PWM

Ejemplo de control de dirección

Ejemplo de arranque suave usando PWM

Problemas comunes y solución de problemas

problema	Posible causa	Solución de problemas Solución
motor no girando	Cableado incorrecto o sin suministro de energía del motor	Consulte SALIDA1, Conexiones OUT2, VM y GND y verifique el voltaje de suministro del motor.
DRV8871 sobrecalentamiento	motor excesivo refrigeración actual o insuficiente	Reducir motores cargar, reducir el voltaje de suministro o mejorar la disipación de calor de la PCB.
Solo motor gira en una dirección	EN1 o EN2 problema de señal de control	Verificar Arduino o señales de salida del microcontrolador y conexiones de cableado.
El motor vibra pero no gira	Baja oferta fuente de alimentación actual o débil	Utilice un fuente de alimentación externa de mayor corriente para el motor.
Arduino se reinicia durante el arranque del motor	Caída de voltaje causado por picos de corriente del motor	Agregar masa condensadores cerca de VM y utilice fuentes de alimentación lógicas y de motor separadas.
El conductor cierra caer inesperadamente	sobrecorriente o protección térmica activada	comprobar el motor condiciones de calado, cortocircuitos o carga excesiva.
velocidad pwm control no funciona	PWM incorrecto configuración de pin o código	asegurar Se utilizan pines GPIO compatibles con PWM y configuraciones correctas de analogWrite().
Velocidad del motor inestable	Ruido electrico o mala conexión a tierra	mejorar diseño de conexión a tierra y, si es posible, acorte el cableado del motor.
No hay respuesta de DRV8871	Modo de suspensión problema activado o lógico	Verifique IN1 y Estados de entrada IN2 y verifique las conexiones de la fuente de alimentación.
El motor funciona lentamente	Tensión de alimentación demasiado bajo	usa un motor tensión de alimentación que coincida con las especificaciones del motor.
excesivo ruido electrico	desaparecido condensadores de filtrado	Añadir derivación y condensadores a granel cerca de la entrada de energía del controlador del motor.
funcionamiento corto tiempo en sistemas de baterías	Motor alto consumo actual	Reducir motores cargar u optimizar la configuración de control de velocidad PWM.

DRV8871 frente a otros controladores de motor

DRV8871 frente a L298N

El DRV8871 y L298N Ambos son controladores de motor de CC con escobillas que se utilizan para el control de velocidad y dirección del motor, pero están diseñados con tecnologías muy diferentes.El L298N utiliza salidas de transistores bipolares más antiguas, mientras que el DRV8871 utiliza conmutación MOSFET moderna, lo que hace que el DRV8871 sea más eficiente y capaz de producir menos calor durante el funcionamiento.Ambos controladores admiten el control del motor PWM y la rotación bidireccional del motor, pero el DRV8871 proporciona una mejor eficiencia energética, regulación de corriente incorporada y funciones de protección mejoradas.

El DRV8871 es generalmente la mejor opción para la robótica moderna y los sistemas integrados porque es más pequeño, más eficiente y más fácil de integrar en proyectos compactos.El L298N sigue siendo popular entre los principiantes debido a su bajo costo y sus módulos fáciles de encontrar, pero desperdicia más energía y a menudo se calienta bajo carga.Para sistemas que funcionan con baterías o aplicaciones de mayor eficiencia, el DRV8871 suele ser la opción superior.

DRV8871 frente a TB6612FNG

El DRV8871 y TB6612FNG Ambos son controladores de motor basados en MOSFET diseñados para un control eficiente de motores de CC con menor generación de calor que los controladores más antiguos como el L298N.Ambos admiten control de velocidad PWM y operación de motor de avance/retroceso, lo que los hace adecuados para robótica y proyectos integrados.Sin embargo, el TB6612FNG está diseñado principalmente para aplicaciones de bajo voltaje, mientras que el DRV8871 admite un rango de voltaje operativo mucho más amplio y una mayor capacidad de corriente del motor.

El DRV8871 es mejor para motores de mayor potencia y aplicaciones que requieren limitación de corriente y funciones de protección más sólidas.Por el contrario, el TB6612FNG suele ser el preferido para robots más pequeños y sistemas compactos de bajo voltaje porque puede controlar dos motores en un chip.Si el proyecto requiere un mayor manejo de voltaje y una mejor protección del motor, el DRV8871 suele ser la mejor opción.

DRV8871 frente a BTS7960

El DRV8871 y BTS7960 Ambos son controladores de motor de alta corriente diseñados para el control de motores de CC con escobillas, pero apuntan a diferentes niveles de potencia.El DRV8871 está diseñado para motores de potencia media y sistemas integrados compactos, mientras que el BTS7960 está diseñado para motores mucho más grandes que requieren una capacidad de corriente muy alta.Ambos admiten control de velocidad PWM y funcionamiento bidireccional del motor, pero el BTS7960 puede manejar una corriente de motor continua significativamente mayor.

El DRV8871 es mejor para diseños compactos, robótica más pequeña y sistemas que requieren regulación y protección de corriente integradas en un paquete pequeño.El BTS7960 es más adecuado para aplicaciones de servicio pesado, como vehículos eléctricos, actuadores grandes y sistemas de motores de alta potencia.Para motores pequeños y medianos, el DRV8871 suele ser más fácil de usar y más práctico, mientras que el BTS7960 es mejor para cargas de motor muy exigentes.

DRV8871 frente a DRV8833

El DRV8871 y DRV8833 Ambos son controladores de motor desarrollados para un control eficiente de motores de CC utilizando etapas de salida MOSFET.Ambos admiten control PWM, baja generación de calor y funciones de protección integradas.Sin embargo, el DRV8833 está optimizado para dispositivos portátiles de bajo voltaje, mientras que el DRV8871 admite voltajes de suministro de motor mucho más altos y una mayor capacidad de corriente del motor.

El DRV8871 es generalmente mejor para aplicaciones industriales, automotrices y de motores de alto voltaje debido a su rango operativo más amplio y su manejo de corriente más fuerte.El DRV8833 es más adecuado para pequeños robots que funcionan con baterías, dispositivos electrónicos portátiles y sistemas de bajo voltaje donde el tamaño compacto y el bajo consumo de energía son prioridades.Ambos controladores son eficientes, pero la mejor opción depende principalmente del voltaje del motor y los requisitos de corriente del proyecto.

Las mejores aplicaciones para DRV8871

Las aplicaciones comunes del DRV8871 incluyen:

• pequeños vehículos robóticos,

• sistemas transportadores y actuadores,

• cerraduras de puertas inteligentes,

• dispositivos de motor alimentados por baterías,

• bombas y ventiladores,

• robótica educativa,

• y equipos de automatización industrial.

Dimensiones mecánicas y diseño recomendado

¿Vale la pena usar el DRV8871?

Vale la pena usar el DRV8871 si necesita un controlador simple pero confiable para un motor de CC con escobillas.No es la mejor opción para motores muy grandes, pero para proyectos de motores pequeños y medianos, ofrece un buen equilibrio entre potencia, protección y fácil control.Su regulación actual, compatibilidad con PWM y funciones de seguridad integradas lo convierten en una mejor opción que muchos controladores de motor más antiguos, especialmente cuando desea un funcionamiento más suave y menos problemas de sobrecalentamiento.

Preguntas frecuentes [FAQ]

1. ¿Por qué el DRV8871 utiliza la regulación actual y cómo mejora la confiabilidad del motor?

El DRV8871 utiliza regulación de corriente para limitar la corriente excesiva del motor durante el arranque o condiciones de sobrecarga.Esto ayuda a proteger el motor y el controlador contra sobrecalentamiento o daños.

2. ¿Qué ventajas tiene el DRV8871 sobre los controladores de motor más antiguos como el L298N?

El DRV8871 es más eficiente porque utiliza salidas MOSFET en lugar de transistores bipolares más antiguos.Produce menos calor, desperdicia menos energía e incluye mejores funciones de protección.

3. ¿Por qué la fuente de alimentación del motor no debería provenir directamente del pin Arduino 5V?

Los motores de CC pueden consumir mucha corriente que puede restablecer o dañar el Arduino.Una fuente de alimentación de motor independiente proporciona un funcionamiento más seguro y estable.

4. ¿Cómo controla el puente H dentro del DRV8871 la dirección del motor?

El puente H cambia la dirección del flujo de corriente a través del motor.Esto permite que el motor gire hacia adelante o hacia atrás.

5. ¿Qué causa el sobrecalentamiento del DRV8871 en los sistemas de motor?

El sobrecalentamiento suele ser causado por una corriente excesiva del motor, cargas pesadas, refrigeración deficiente o voltaje de suministro incorrecto.

6. ¿Por qué se recomiendan condensadores cerca de la entrada de alimentación VM del DRV8871?

Los condensadores ayudan a reducir las caídas de voltaje y el ruido eléctrico causado por los picos de corriente del motor.Esto mejora la estabilidad general del sistema.