电机驱动开发之驱动板

目录

1.主要器件选型

器件 参数 封装 理由
LDO LM317DCYR (24V-12V 12V-5V) SOT-223 小电流应用 LDO比DCDC噪声小响应快更为稳定
预驱 FD6288T Tssop-20 常见无刷电机预驱
NMOS NCE3080k To-252 常见
运放 LMV358IDR Soic-8 常见

以上器件选型皆为便于焊接利于排查问题的封装,小体积应用可选择QFN封装的器件

2.原理图设计

3.PCB绘制

电源调理

电源架构如下

  • LM317

    以上为LM317 IC典型应用框图,其中Vref = 1.25V,Cadj推荐选择10uf电容,输入输出负载电容分别为Ci 0.1uf、Co 1uf;Vo计算公式为Vo = Vref(1 +R2/R1)+(Iadj R2)。Iadj常规为50uA,若R2为1K,Iadj R2 = 50mV,对于输出结果影响不是很大可忽略不计;则计算公式可简化为Vo = Vref(1 +R2/R1);
    在实际设计中往往一致Vin、Vo,固定R1为240R则只需要确定R2得值即可获得期望输出电压:
    R2 = ((Vo - Vref)*R1)/Vref

原理图设计如下:

  • 防反接电路

    其工作原理为,当外部24V输入时,PMOS管体二极管导通,进而使得原本没有电压的24V_Inside出现24V电平。此时,Vs > Vg,则满足PMOS导通条件,MOS管正常开启;当电源反接时,PMOS管体二极管截止,则无法满足PMOS管导通条件实现防反接功能。

驱动电路

驱动电路由三相逆变电路与预驱芯片组成可用于驱动无刷电机,三相逆变电路如果只使用其中的两相即可转变为双极性H桥驱动电路即可驱动有刷电机

以下为原理图设计:

其中,中间部分电路为电荷泵自举电路,驱动方案为全NMOS驱动,因为市面上常见的NMOS同等价位下比PMOS能够通过更大的电流,R16、R17、R18为采样电阻。

  • 迪克森电荷泵工作原理:
    电荷泵是如何升压的?原理非常简单,一看就会!
  • 自举电路的作用
    由于采用的驱动方案为全NMOS驱动方案,NMOS导通条件需要G极电压高于S极电压;
    以Q2为例,初始上电后,G极5V电平,NMOS正常导通,但导通以后S极电压变为24V,则NMOS瞬间关闭,而我们期望是希望NMOS能够保持导通状态,则需要一种方法将G极电压抬升至24V以上,这样才能维持NMOS的导通条件;
    有了电荷泵自举电路后,初始上电,5V电源将会给C24充电至5V,当NMOS第一次导通时,24V电源与电容上的5V出现串联关系因此电容上电压叠至29V,这个电压将会输入至预驱用为维持G极输出电压为29V,尽管实际上的过程并未一个PWM周期就完成,最终G极电压能够维持至29V以保持NMOS上管导通。
    自举电路
    自举电路原理

电流反馈

电流反馈采用差分放大电路,初版没有采集反向电流的需求,因此不设置电压跟随器设置放大电路的偏置电压。

原理图设计如下

根据虚短虚断原理:

(虚短) U+ = U- =Up*R21/(R21+R19)

(虚断) (U- - Un )/R20 = (Uo1 - U- )/R22

Uo1 = (R21/(R21+R19)) ((R22+R20)/R20)Up - (R22/R20)Un
在实际应用中,往往会设置R21 = R22 ,R19 = R20,所以
Uo1 =(R22/R20)
(Up - Un)

其中Uo1为运放输出端电压未经过限流电阻,实际设计中限流电阻与R22差值较大分压可忽略

故放大倍数为A = Uo1/(Up - Un)= R22/R20 =10倍

当采样电阻上出现1A的电流时,则会产生1A*10mR = 10mV

经过放大后可得100mV,即0.1V

由于ADC的残阳范围为0-3.3V则最大采样电流可达3.3V/0.1V = 33,即33A

具体原理可参考以下链接: 运算放大器(三):差分放大

位置反馈

电机内置正交编码器,这类编码器在实际项目中应用较多,价格低廉,无通讯延迟。

4.PCB绘制


5.打板验证

6.总结

本文为博主个人学习总结记录,如有不正,欢迎指正

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