Pololu TB9051FTG 1ch DCモータドライバボード

東芝 TB9051FTG ブラシ付きDCモータドライバを、簡単に使えるようにしたブレイクアウトボードです。4.5V~28Vと動作電圧範囲が広く、連続2.6Aの電流を制御できます。TB9051は、一定の電流制限しきい値によりモータのピーク電流を制限でき、さらに過電圧、過電流、過熱に対する保護機能が内蔵されています。また、ブレイクアウトボードには、逆電圧保護機能が追加されています。 朱雀技研工房ストアで購入

製品概要

東芝製TB9051FTGは、1台のブラシ付きDCモータを4.5V~28Vで両方向回転制御するHブリッジモータドライバICです。最大約2.6Aまで連続供給でき、数秒間は最大ピーク電流5A(定格)を供給できます。TB9051FTGはすばらしいICですが、表面実装部品で小さく、一般的な学生やメイカーの人には使いにくいため、ブレイクアウトボードにより、標準的なブレッドボードやユニバーサル基板で使いやすくなりました。

東芝 TB9051FTG用のブレイクアウトボードです。ご使用前に、TB9051FTGデータシート(2MB PDF 日本語)を十分に読むことをおすすめします。基板には、TB9051FTGおよびバッテリ逆接続保護回路を含む表面実装部品が内蔵されています。

また、2台のモータを制御する方向けには、Raspberry Pi拡張ボード朱雀技研工房ストアで購入Arduinoシールド朱雀技研工房ストアで購入の2チャンネルTB9051FTGボードをご用意しています(Arduinoシールド版は、Arduino以外のマイコンボードでも使用できる汎用デュアルモータドライバとして設計されています)。

特徴

  • シングルチャンネルHブリッジモータドライバ
  • モータ供給電圧: 4.5V~28V
  • 出力電流: 連続2.6Aまで(ピーク5A)
  • 自動電流制限機能により、急に停止せず、徐々に電力を減らすことで過熱を防ぎます。
  • 低電圧停止機能および過電流、短絡、過熱保護
  • ブレイクアウトボードでは逆電圧保護機能
  • アクティブLowエラー出力機能(過電流、過熱、低電圧、VCC過電圧)
  • コンパクトサイズ(25.4mm × 25.4mm)
  • 基板裏面のドライバIC直下に露出しているはんだ付け可能な接地パッド

付属するハードウェア

本製品には、製品写真のように、TB9051FTGドライバICを含むすべての表面実装部品が実装されています。ただし、付属のスルーホール部品の組立にはハンダ付けが必要です。1×17ピン 分割ピンヘッダ朱雀技研工房ストアで購入と2ピン 3.5mm端子台朱雀技研工房ストアで購入(基板電源とモータ用)が付属します。

オスの分割ピンヘッダは、必要に応じて折ったりカットして小さいスルーホールへハンダ付けすることで、ブレッドボードや0.1インチコネクタを取付けて使用できるようになります。端子台は、大きな穴へハンダ付けして使用します。電源線やモータ線を一時的に接続するのに便利です。(取付け方はショートビデオも参考にしてください。)最もコンパクトに使うなら、モータなどのワイヤを直接はんだ付してください。

ドライバの使い方

モータと電源の接続は基板の片側にあり、制御用の接続は逆側にあります。ドライバへは、逆接続保護された電源入力VINに4.5V~28Vの動作電圧を、VCCに5Vの定電圧出力をロジック電圧として供給する必要があります。VMピンからは、逆接続保護されたモータ電圧を簡単に取り出せます。

2本のPWM対応制御ラインを使用したドライブ・ブレーキ動作(低速減衰)では、イネーブルピンの標準状態より優先して(ENはHigh、ENBはLow)、ドライバを有効にすることができます。となりにあるVCCおよびGNDピンは、イネーブルピンと簡単に接続できるよう配置されています。2つのPWMピンでは、次の単純な真理表に示すように、対応する出力の状態(PWM周波数20kHzまで)を制御できます。

TB9051FTG 真理値表 (PWM1 + PWM2)

入力
EN
入力
ENB
入力
PWM1
入力
PWM2
出力
OUT1
出力
OUT2
動作
10PWM0PWM (H/L)L速度 PWM % 時の正転/ブレーキ
100PWMLPWM (H/L)速度 PWM % 時の逆転/ブレーキ
1000LLLowブレーキ (GNDへ短絡出力)
1011LLLowブレーキ (GNDへ短絡出力)
0XXXZZフリーラン ・惰性で回転(出力を解放)
X1XXZZフリーラン ・惰性で回転(出力を解放)

または、PWM1、PWM2を一定にすることでモータ方向を設定し、PWM信号をEN(または反転したPWM信号をENB)に印加して速度を設定すると、ドライブ・コースト動作(高速減衰)ができます。I/O線は3線に増えますが、次の真理値表で示すように、PWM対応が必要となるのは1線だけになります。

TB9051FTG真理値表 (PWM1 + PWM2 + EN)

入力
EN
入力
ENB
入力
PWM1
入力
PWM2
出力
OUT1
出力
OUT2
動作
PWM010PWM (H/Z)PWM (L/Z)速度 PWM % 時の正転/ブレーキ
PWM001PWM (L/Z)PWM (H/Z)速度 PWM % 時の逆転/ブレーキ
0XXXZZフリーラン ・惰性で回転(出力を解放)
X1XXZZフリーラン ・惰性で回転(出力を解放)

しかし、2番目の方法は、ドライバで使用できるPWM周波数が制限されることに注意してください。TB9051FTG上のモータ出力は、ENまたはENBでオフにされたとき、約80マイクロ秒の最低オフ時間があり、最大達成可能なデューティサイクルが制限されます。これにより数キロヘルツを超えるPWM周波数はほぼ使いものになりません。たとえば、1.25kHzでは各PWM周期の長さは800μsとなり、出力が少なくとも80μsオフである場合に、最大達成可能なデューティサイクルは90%になります。

TB9051FTGは、低電圧、VCC過電圧、過熱、または過電流状態が発生したときに、DIAGピンをLowにします。DIAGは、いずれかのイネーブル・ピンがドライバを無効にしている場合もLowにします(両方とも標準でドライバ動作を無効にします)。それ以外の通常動作中はDIAGをVCCの電圧にします。

過熱エラーはラッチされ、モータ出力はオフのままになります。イネーブルピンの1つを切り替えるか、ドライバへの電源を切ることにより、異常が解消されるまでDIAGピンは出力したままになります。過電流エラーの後のドライバ動作は、OCCピンの状態に依存し、OCCがLow(標準)のときの出力は異常が解除されるまで停止したままですが、OCCがHighのときのドライバは固定オフ時間(定格500ms)後に自動的に動作を再開しようとします。OCCの状態にかかわらず、DIAGピンは、異常が解消されるまで過電流エラーが出力されたままになります。

低電圧およびVCC過電圧エラーはラッチされません(ドライバは、電圧が回復するとすぐに動作を再開し、DIAGピンを解除します)。例外は、始動時にドライバが異常電圧を検出した場合です。この場合、異常が解除されるまでDIAGを出力し続けます。ただし、他の異常がなければ、正常に動作します。

ピン配置

TB9051FTGの一部の論理入力ピンの標準状態は、モータドライバを使用するために外部接続する必要があります。必要な外部接続の数を減らすため、入力を隣のピンへ接続して標準を上書きでるよう、基板にジャンパーを3ヶ所配置しています。OCCとENの標準上書き用のジャンパーはVCCへの接続を、ENBのジャンパーはGNDへの接続を提供します。VCCのジャンパーパッドは円形、GNDのジャンパーパッドは四角形になっています。

ピン標準設定説明
VIN 逆電圧保護 4.5V~28V ボード電源入力
GNDモータと制御ピンのGND接続点。制御元とモータドライバは必ずGNDを共有しなければいけません。
VM逆電圧保護MOSFET後のモータ電源へ直接接続できます。(「回路図」をご覧ください。)システム内の他の部品へ逆電圧保護電源を供給するのに使用できます。通常は出力として使用しますが、基板への電源供給にも使用できます。いくつかのVMとGNDピンは、オプションのスルーホールコンデンサを取付けるための場所です。
OUT1モータ出力1
OUT2モータ出力2
VCC5Vロジック電源入力
OCCLOW過電流検出時モータ駆動出力設定入力:標準では、ドライバは過電流状態後には無効のままですが、OCCがHighのときは、短い遅延後に自動的に動作を再開しようとします。
ENLOWイネーブル入力: ENがLowのとき、OUT1とOUT2はハイインピーダンス状態に設定されます。このピンにPWMを入力することもできます(通常は、ENBをLowで、PWM1またはPWM2のいずれかにHighを入力して使用します)。標準では、両方のイネーブルピンはドライバ動作を無効に設定されています。
ENBHIGH反転入力イネーブル入力: ENBがHighのとき、OUT1とOUT2はハイインピーダンス状態に設定されます。このピンに反転したPWMを入力することもできます(通常は、ENBをLowで、PWM1またはPWM2のいずれかにHighを入力して使用します)。標準では、両方のイネーブルピンはドライバ動作を無効に設定されています。
PWM1LOWOUT1の 制御/PWM 入力
PWM2LOWOUT2の 制御/PWM 入力
OCM電流モニタ出力:基板上のRCフィルタを通して約500mV/Aの、アナログ電流検出フィードバック電圧を取り出せます(Hブリッジが動作している時のみ)。
DIAGHIGH診断エラー出力: 特定の異常が発生したとき、またはEN・ENB入力によりドライバが無効になったときに、Lowに設定されます。それ以外は、VCC電圧に設定します。

電流検出

電流モニタ出力OCMは、1Aあたり約500mVのアナログ電流検出フィードバック電圧を提供します。この出力は、Hブリッジが動作している間のみ出力され、ドライバがブレーキ中またはモータ出力が高インピーダンス(解放状態)の場合には非アクティブ(Low)であることに注意してください。ドライバがブレーキ状態のとき、電流はモータを通して循環し続けますが、OCMピンの電圧はモータ電流を正確に反映しません。電流感知を統合したおおくのモータドライバと同様に、実際の感度は製品ごとに大きく異なる可能性があり、低電流では精度がとくに劣る可能性があることに注意してください(詳細についてはTB9051FTGデータシート(2MB PDF 日本語)をご覧ください)。外付けのホール効果型電流センサを、安定した正確な電流を検出するためのオプションとしてご検討ください。

実際の消費電力に関する考慮事項

TB9051FTGは、定格で6.5Aのしきい値で出力電流を遮断し始めますが、通常ICチップ自体はより低い電流で過熱します。実験では、ICチップの過熱保護が動作するわずか数秒前までに5Aを供給でき、約2.6Aの連続電流が電流制限または過熱停止することなく何分間も動作できることを確認できました。実際に供給できる電流は、モータドライバをどれだけ低温に保てるかにより異なります。 ブレイクアウトボードのプリント基板は、モータドライバICチップから放熱を補助するように設計されています。モータへのPWM制御により、周波数に比例してさらに発熱します。

TB9051FTGは、一般的なHブリッジとは異なり、ICチップ温度が限界に近づくと、最大電流限界値を徐々に減らす機能を備えています。これは、ICチップが限界近くになると、モータへの電力が少なくなりますが、完全な停止を回避できる可能性があります。

通常動作中に、やけどするほどに熱くなることがあります。本製品や接続している他の部品を取り扱うときは注意してください。

回路図

PDF版回路図もダウンロードできます。

仕様

  • モータ制御チャンネル数: 1ch
  • 動作電圧: 4.5V~28V
  • 供給電流: 連続2.6A / ピーク 5.0A
  • ロジック電圧: 4.5V~5.5V
  • 電流検出: 0.5V/A
  • 最大PWM周波数: 20kHz
  • 保護機能: 過電流保護、過熱保護、低電圧保護、VCC高電圧保護、逆電圧保護、貫通電流防止
  • サイズ: 25.4 x 25.4mm
  • 重量: 3.1g
  • 対応規格: RoHS 3

メーカ情報

  • 製造元: Pololu Corporation (メーカーWebサイト
  • メーカー型番: 2997
  • 英語商品名: TB9051FTG Single Brushed DC Motor Driver Carrier
  • 参考価格: 8.49USドル(税・送料抜き)

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