【CW32】基于CW32F030的无刷直流电机驱动器

 

基于MP6534前置驱动的无刷电机驱动器

题目分析

总体设计方案分为CW32最小系统、MP6534外围电路设计、MOS管组成的三个半桥逆变器、蓝牙串口模块、OLED显示模块。设计驱动电流为8A。

原理图设计说明

电源输入

1.电源输入

DC12V进入后首先经过一次性保险丝，并联一只14V瞬态二极管。当输入电压高于14V后二极管被击穿，二极管两端电压始终保持在14v,从而使后级负载不被过电压烧毁，当有大电流或者D1二极管被击穿导通时保险丝动作，以此保护后级芯片。470uF电解电容用于为电机提供突变的电流。实际板子中焊接了2个470uF电解电容，可按照实际情况按需焊接。

2.12V转3.3V

12V-3.3VBuck电路

此处选用的MOS前置驱动器自带一个BUCK模块，直接使用内置的BUCK，节省一颗DCDC。内置的BUCK输出电流最大500mA，最大输入电压60V.香的不得了。

BUCK参数计算：

输入电容：手册推荐4.7uF X5R或X7R 额定电压高于输入电压的陶瓷电容。此处使用25V,10uF，0805的陶瓷电容。

滤波电感计算公式：

电感量计算公式

已知VIN = 12V;VOUT = 3.3V; derta IL = 30%；fSW = 500KHz; 最终板子上安装了22uH的电感饱和电流500mA的电感。

反馈电阻：依据手册计算就行。计算公式如下，手册中也给了参考的阻值组合，但是我不参考，哈哈哈。注意反馈电阻的精度最好选择1%，同时为了提高精度我选择了两个电阻串联得到更精确的阻值。我一般计算反馈电阻都是把R2固定成10千欧，根据手册给的公式计算另一个电阻，精确到10欧。

Buck反馈电阻计算公式和参考阻值

输出电容：手册推荐22uF X5R/X7R陶瓷电容。按手册来就行。

注意我在3.3V输出后面安装了一颗发光二极管，用来检测电源工作状态。

 

3. CW32单片机最小系统和接口：

CW32F030最小系统

芯片外围电路参照官方案例和小蓝板设计就行，预留了OLED和SWDIO下载接口，增加了一个用户按键。

4.电机驱动芯片MP6534

MP6534芯片及其外围电路

按照芯片手册设计即可，需要自己设计参数的地方有死区时间的设定、短路电流的设定。分别对应DT和OREF引脚的电阻值选取。注意nSLEEP引脚需要外接上拉电阻到3.3V芯片才能启动，这里我踩过坑。

死区时间配置电阻计算公式：，我选择了200K.这个根据自己选择的MOS管具体确定。

短路电流我没有使用此功能，按照手册接100K电阻从VREG脚到OCREF脚。

 

 

5.三相逆变器电路

三相逆变电路

 

MOS选用SM66406D1RL，40V@30A，导通电阻小于12毫欧。在板子定型后又发现更好的MOS，但是为时已晚。此处推荐无锡新洁能，微硕两个品牌。

MOS的G极串联10欧姆电阻用于抑制走线电感带来的振荡，此电阻上并联的二极管用于加快关断时间。（芯片手册有详细说明和实验图，以下摘自芯片手册）

G极无串联电阻(100nS/div.)

 

G极串联100欧姆电阻( 200nS/div)

 

G极串联100欧姆电阻并联1N4148二极管( 200nS/div)

 

通过对比可得出有串联电阻和无串联电阻MOS的开通时间会延长，但是MOS开通过程中几乎没有振荡，并联上二极管后关断时间大大缩短（黄线）减少开关时间有利于减小开关损耗，提高效率。

 

ABC三相桥臂下端串接10毫欧电阻，用于电流采样。

构造虚拟中性点

6.端电压，相电流采集

 

此处使用通用运放构建采集运算器，原理如下图7.24所示：

端电压采集的硬件实现

U5是4路通用运放，型号：LM324QT，封装尺寸：VQFN-16_L3.0-W3.0-P0.50-TL-EP 是我能在立创商城找到的最小体积的4路运放。根据模电的知识，按照式7.2接成加减法运算电路。

同理还有电流采样：

电流采样运放

 

经过运算放大器计算后的电流电压值被送入CW32 ADC采样。

7.LED指示灯和蓝牙串口模块。

蓝牙串口模块和LED指示灯

蓝牙串口购自淘宝，很便宜。

原理图总览

至此原理图阐述完毕。

 

PCB设计说明

PCB TOP总览

 

 

PCB BOTTOM总览

PCB 3D预览

我学习PCB设计才4个月，肯定还有很多的不足，请各位大佬批评指正。

 

软件说明

本想做FOC控制，但是截止到6月14日暂未实现，目前可实现无感开环旋转，按键调速，其余功能待开发。

实物展示说明

PCB实物图

 

附件内容为本次作品学习和参考的文件。

 

致谢

 

感谢猪猪。感谢嘉立创和武汉芯源公司举办的训练营，让初学硬件的小白有项目可做，有资料可学，有优惠券可领。感谢嘉立创SMT，不用手动贴片的感觉真爽。感谢创芯工坊赞助的PWLink。感谢橘子。