【CW32】使用PD/QC充电器供电的无刷电机驱动器 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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标准版 【CW32】使用PD/QC充电器供电的无刷电机驱动器

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简介:无刷电机驱动器,使用PD/QC充电器供电,可选择12V/15V/20V三个档位,最大可提供20V×5A=100W功率。

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2022-05-18 21:08:28
更新时间: 2022-06-14 23:56:33
描述

由于以前从没搞过无刷电机,所以这次选择了基础营。这个工程虽然以示例工程为蓝本,但也根据自己的理解进行了许多改进。

 

1.电源部分

        首先是供电,因为我没有大功率可调电源,所以我想到了用手机的快充充电器来供电,现在的充电器动辄上百瓦,带个普通无刷电机应该是没问题的。此工程使用CH224K芯片从充电器取电,可以使用跳线帽切换9V/12V/20V,这三个电压对初学者来说应该是完全够用了。由于Type-C接口天生就能防反接,所以防反接的二极管就可以省掉了。

 

 

        然后是10V降压部分,原设计使用的是LM2596,但它体积太大了;然后因为开关频率低,需要使用更大的电感和输入输出电容,更加剧了体积问题。这里我换成了同步整流的RY8411,体积和效率都大大提升了,甚至成本还更低。

        5V和3.3V使用LDO,正好我这里有78M05和SPX1117,就用上了。和原设计相比优点是输出电容可以使用MLCC而不必使用昂贵的钽电容。

2.MOS管与驱动电路

        MOS管我使用的是扬杰的YJQ50N03B,这是以前杨杰在立创商城赠送的样品,这次正好就用上了。YJQ50N03B使用的是DFN3*3封装,体积很小巧,导通电阻却只有6mΩ。实测连续运行半小时后使用生物温度传感器(手)测试,温度几乎没有变化。

        栅极驱动器我换成了EG2133,它可以直接驱动三套半桥,占用面积大大减少了,成本也更低。

        每个MOS的栅极并联了一只12V的ESD二极管,防止意外炸管。NTC热敏电阻引脚套上热缩管延伸至mos管上实时检测温度。

3.电流检测与过流保护

        电流检测使用的是专用电流检测放大器INA180A2,与LM358相比,它有更低的输入失调电压、更高的增益精度与更大的输出电压摆幅且无需输入偏置电压。外围元件只需要一颗去耦电容,大大简化了设计且提高了测量精度。INA180A2固定增益高达50 V/V,所以采样电阻得以使用更低的20mΩ,降低了发热烧毁的概率。

        相比STM32F030和F103,CW32F030拥有硬件电压比较器,所以过流保护可以直接使用内部电压比较器比较INA180的输出电压与内部分压电阻的输出电压,当电流大于预设值时可直接向ATIM下达刹车指令,相比软件过流保护拥有更快的响应速度,降低了意外烧毁的概率。

4.反电动势检测

        反电动势检测降低了衰减倍数以增加过零检测的灵敏度,钳位二极管换成了结电容更低、响应更快的TVS二极管,降低管脚烧毁的概率。

5.MCU

        由于此设计中ADC还挺重要的,所以模拟供电使用电容和磁珠进行了pi型滤波。

6.PCB

        由于上述部分优化体积的设计且删掉了一些我用不到的接口,功率板与驱动板得以集成在同一片10*10cm的板子上,而且空间还有富余。

7.实物展示

总览:

硬件过流保护:

更详细的展示在视频里,视频有两个,一个是带霍尔的有感驱动,另一个是不带霍尔的无感驱动。

 

 

        最后,我要感谢立创和芯源半导体提供的这次机会,让我能够深入的学习无刷电机的相关知识。我还要感谢李老师的示例工程,给我带来了许多启发与帮助,可以说这个设计是站在巨人的肩膀上。

 

 

 

 

设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
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ID Name Designator Footprint Quantity
1 HNB09A05 BUZZER1 BUZ-TH_BD9.6-P5.00-D0.7-FD 1
2 0.1u C1,C2,C3,C5,C8,C20,C25,C26,C34,C35 C0603 10
3 4.7u C4 C0603 1
4 1u C6,C11 C0603 2
5 10u C9,C13,C18,C19,C21,C22,C23,C33 C0603 8
6 22pF C12,C14 C0603 2
7 1u C15,C16 CASE-A_3216 2
8 100nF C17 C0603 1
9 0.1u C24 C1206 1
10 470uF C27,C28 CAP-TH_BD10.0-P5.00-D1.0-FD 2
11 1nF C29,C30,C31 C0805 3
12 Diode D1 SOD-123FL_L2.8-W1.8-LS3.7-R-RD 1
13 FR107 D2,D3,D4 SOD-123FL_L2.7-W1.8-LS3.8-RD 3
14 1N4148WL D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11 SOD-123F_L2.8-W1.8-LS3.7-RD 7
15 SS34F D12 SMAF_L3.5-W2.6-LS4.7-FD 1
16 SMF12CA D13,D14,D15,D16,D17,D18 SOD-123_L2.8-W1.8-LS3.7-BI 6
17 MMBZ6V2A D19,D20 SOT-23_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 2
18 2410F 3A 250V F1 FUSE-SMD_L6.1-W2.5 1
19 UPB160808T-221Y-N FB1 L0603 1
20 AFC05-S06FIA-00 FPC2 FPC-SMD_6P-P0.50_AFC05-S06FIA-00 1
21 烧录 J1 HDR-M-2.54_1X4 1
22 HDR-M-2.54_1x3 J2 HDR-M-2.54_1X3 1
23 HDR-M-2.54_1x5 J3 HDR-M-2.54_1X5 1
24 HDR-M-2.54_2x3 J4 HDR-M-2.54_2X3 1
25 HDR-M-2.54_1x4 J5 HDR-M-2.54_1X4 1
26 HDR-M-2.54_2x2 J6,J7,J8,J9 HDR-M-2.54_2X2 4
27 6*6*4.3 KEY1,STR/STP1 KEY-SMD_4P-L6.0-W6.0-P4.50 2
28 4.7uH L1 IND-SMD_L4.0-W4.0_SLW4012 1
29 LED-0603_R LED1,LED2 LED0603_RED 2
30 FC-DA1608HRK-620D LED3 LED0603-FD 1
31 NTC10K NTC1 RES-TH_BD2.8_NTC-10K 1
32 YJQ50N03B Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 WDFN-8_L3.3-W3.3-P0.65-BL-1 6
33 SS8050 Q7 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-TR 1
34 10K R1,R8 R0603 2
35 1K R2 R0603 1
36 1k R3,R22,R67,R6 R0603 4
37 130k R4 R0603 1
38 10k R5,R9,R23 R0603 3
39 11.3k R7 R0603 1
40 10R R10,R11,R12,R13,R14,R15 R0603 6
41 20k R16,R17,R18 R0603 3
42 5.1K R19,R20,R21 R0603 3
43 51k R24,R25 R0402 2
44 10k R26 R0402 1
45 45k3 R27 R0402 1
46 1k R28 R0402 1
47 4.7k R30,R31,R32 R0603 3
48 5.1k R34,R35 R0603 2
49 200k R65 R0805 1
50 5.1k R66 R0805 1
51 NTC10K R68 R0603 1
52 0R RJ19 JUMPER_1P_0603 1
53 长柄旋转电位器 RV1 RES-ADJ-TH_RV09 1
54 BOOT SW1 SW-SMD_L3.9-W2.9-P4.15-LS5.0 1
55 复位 SW2 SW-SMD_L3.9-W2.9-P4.15-LS5.0 1
56 RV T2 HDR-M-2.54_1X1 1
57 Ue T9 HDR-M-2.54_1X1 1
58 Ve T10 HDR-M-2.54_1X1 1
59 We T11 HDR-M-2.54_1X1 1
60 GT-USB-7010AN U1 USB-SMD_GT-USB-7010AN 1
61 CH224K U2 ESSOP-10_L5.0-W3.9 1
62 CW32F030C8T6_C3019113 U3 LQFP-48_L7.0-W7.0-P0.50-LS9.0-TL 1
63 RY8411 U4 SOT-23-6_L2.9-W1.6-P0.95-LS2.8-BR 1
64 78M05 U5 TO-252-2_L6.6-W6.1-P4.57-LS10.1-BL-1 1
65 AZ1117CH-3.3TRG1 U6 SOT-223-3_L6.5-W3.4-P2.30-LS7.0-BR 1
66 EG2133 U7 TSSOP20 1
67 INA180A3IDBVR U8 SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BR 1
68 10mΩ U9 R2512 1
69 XY126V-5.0-3P U10,U12 CONN-TH_XY126V-5.0-3P 2
70 XY126V-5.0-2P U11 CONN-TH_XY126V-5.0-2P 1
71 8MHz X2 OSC-TH_L10.0-W4.5-P5.00 1

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