电机驱动硬件
- 前言
- 电机驱动板工作单元规划
- 设备选型及原理图绘制
-
- 电源部分
- 电流检测
- 格栅极驱动功率电路
- 隔离电路
- PCB绘制注意事项
- 效果预览
- 总结
前言
最近，我一直在看各种无刷电机的推送。看来今年的智能车也有一些可以使用无刷电机的群体，所以它引起了作者的好奇心，只是创造EDA与芯源半导体开设了一期无刷电机训练营，因此作者有以下学习笔记。
电机驱动板工作单元规划
这次笔者打算用12V/3A由于整个电路的电源适配器CW32主控需要3.3V工作电压，电流检测的输放电路和霍尔传感器的供电需要5V工作电压，需要设计5V以及3.3V电压输出；由于电机驱动部分的电压电流相对较大，为了防止烧毁主控制器的反向击穿IO口，还计划增加隔离电路和一些额外的保护电路，最后主角是负责电压变换的三相桥。
设备选型及原理图绘制
在确定驱动板所需的工作单元后，您可以开始选择类型。根据上述需要，您可以找到您需要的设备。您可以在这里使用以前的验证方案，也可以参考互联网上其他人的成品电路。如果没有相关的积累，您不知道如何搜索数据，您可以直接打开创意购物中心进行筛选，也可以到其他芯片采集网站进行适应。作者在这里选择了创意购物中心。
电源部分
首先，根据计划，需要12V转5V，5V转3.3V这里有两种选择，一种是效率高、发热小的开关电源（DCDC）方案，另一种是使用电路相对简单，但是效率不高，发热较大的线性稳压方案。为了简化电路，笔者选择了这里LDO，因为开关电源的电路布局是一件非常特殊的事情，作者认为技能不够，在修改前尝试验证。 打开创意商城，选择电源管理，然后选择线性稳压器（LDO）。 
然后根据自己的需要在筛选框中筛选出合适的设备。作者选择固定输出、正电压、输出通道、5V输入12个电压基准V，然后点击筛选找到推荐型号。 作者在这里选择的是L7805.选择时注意价格和是否有现货。 选择后，还需要查看数据手册的参考电路设计，类似DCDC还会有布局建议，一定不能忽视。 如上图所示，该芯片的参考电路需要增加电容器才能实现。在电源设计中，基本上所有输入输出电源都会增加一个大电容器来过滤低频噪声，同时发挥储能作用，防止电压降低，还有一个小电容器，一般为100nf用于过滤高频噪声。 根据上述筛选方案，还需要选择5个V转3.3V作者在这里使用友顺的线性稳压器UZ1084G-3.3V。同样是固定电压单路输出。 在确定这些型号后，还需要添加输入接口、开关、保险、防反接二极管等辅助设备。 最后，根据芯片手册和经验值绘制原理图。
电流检测
在电机控制中，电流是一个非常重要的参数，如果电流过大，驱动电路甚至电机都会被烧毁。；因此，需要电气检测电路。 单片机显然不能直接收集电流信号；最常用的外部信号是ADC采集时，各种信号量在相应的传感器转换后转换为电压信号，供单片机采集。电流采集也是如此。电流与电压连接的最直接的设备是电阻。只需在电路中连接足够小的精密电阻即可将电流转换为电压信号，电压信号运放后使用ADC收集，然后根据放大倍数和电阻值得到电流值。 电流采集方案多种多样，包括高侧电流采集、低侧电流采集、两相和三相分流。 在这里，作者选择收集两个桥臂的低侧电流和总低侧电流。 在确定了采集方法后，有必要开始选择类型。关于电流检测，一种方案可以直接使用普通的计算放大器，另一种方案是使用当前的特殊电流放大器。两种方案都可以，前者的电路有点复杂，但便宜，后者有点贵，但电路很简单。 或者在立创商城，在分类中选择电源管理，然后选择电流感应放大器， 你可以看到一系列电流检测芯片，其中大部分是TI的INA作者在这里选择了系列INA199B1DCKR。 芯片手册中有电路设计参考，建议使用带开尔文连接的输入。 另一种方案是使用芯源官方参考方案LM基于无刷直流电机流电机的控制应用STM8S介绍了系列单片机。
格栅极驱动功率电路
无刷直流电机需要由三相桥驱动。具体的驱动原理可以参考本文，了解刷电机和无刷电机的工作原理，区分三相桥的功率电路实际上类似于只有刷电机的H桥，但在此基础上增加了一个桥臂。关于这方面的介绍和电路设计，你可以去看唐先生的解释。 直流无刷电机BLDC,FOC,2022年全国大学生智能汽车竞赛 在选型方面，作者PMOS选用的KNY3404C，选择栅极驱动 EG芯片手册的参考电路如下： 红框里的FR107以及C3形成自举电路，介绍自举电路参考本文——自举电路原理分析。然后是橙色框架中的电阻和二极管，它们被用来消除MOS导通时的振铃现象可以查看这个视频-让MOS烧的值得 振铃、杂散电感知识讲解-比利比利 关于mos研究管栅极串接电阻的作用 在此参考电路的基础上，作者还在栅极增加了10个K下拉电阻的作用之一是在电路上电时给栅极一个确定的电平，以防止上电时误导其次是给Cgs寄生电容器提供放电路径，消耗寄生电容器中存储的电能。详情请参考此视频——【MOS管开关电路上下拉电阻的作用-比利比利】。 以下是本次训练营整个功率部分的电路:
隔离电路
最后，作者还增加了隔离电路来保护单片机IO这里的隔离电路有很多方案，比如74HC245；也可以使用光耦，这里作者使用74HC电路图如下： 光耦隔离例： 到目前为止，整个硬件电路的原理图已经大致完成。
PCB绘制注意事项
这部分内容很多，在TI官网专用文档，链接留给大家自学: 1.电机驱动电路板布局的最佳实践； 2.大功率电机驱动应用系统设计注意事项； 3.针对使用 BLDC 电机电动自行车硬件设计注意事项。 此外，您还可以查看上述唐先生将电赛的视频PCB还介绍了绘画。
效果预览
立创&芯源无刷电机训练营
总结
我很高兴能成功地复制训练营的功能，并掌握了一种电机控制方法。作者将不时更新相关软件介绍。如果上述内容有任何不足之处，欢迎批评和纠正。如果你想学习无刷电机，你可以去哔哩哔哩寻找创作eda与芯源回放。