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一粒金砂(中级)

【AutoChips AC7801x电机demo板测评】开箱+硬件电路初识 [复制链接]

 

首先在此感谢一波EEWORLD和AutoChips公司能给我这次测评的机会,非常高兴能在我准备自制无刷电机驱动板之前拿到一款大公司的成熟的电机开发板来做一个测评,对我来说这也是一个很好的学习的机会。

      我大学的专业是电机电器与电力电子,我本人也对电机的控制非常感兴趣,尤其是无刷电机的控制,在此之前我曾寻找一款合适的电机开发板,但是遍寻市场,竟然没有合适的消费级电机开发板,可能这个市场确实有点小了,毕竟在公司里做产品的多数都是自己做板,但是这就造成学习的成本很高,初学者往往不能很好的设计硬件电路,盲目上手之后如果出了问题那就很难确认是硬件的问题还是软件的问题。所幸AutoChips公司提供了这样一款开发板,并且价格也不贵,唯一遗憾的是目前好像在淘宝上还买不到?还好我得到了这次测评机会,能够好好学习一下这款开发板的设计,以便于为我以后自己设计开发板打下基础。

      言归正传,我们先来看一下这块板子的尊容

 

 

image001.jpg

这是板子的正面,可以看到板子的左半部分为主控板,负责通讯接口以及控制部分,右半部分为板子的功率驱动板,负责将输入的直流电压逆变之后输入电机以及电机相电流的采样等等。主控板和驱动板之间是用拼版的方式留了分隔缝,可以将两块板掰开,但是看到这么新的板子我没舍得掰。在主控板和驱动板之间用了排线连接,负责传递信号。

image003.jpg

这是板子的背面,可以看到在背面是没有放置任何元器件的,在功率MOS管的部位开进行了开窗,以便于散热。

      在开始软件开发调试之前,我们先利用官网的资料来分析一下这块开发板的硬件设计,毕竟如果对硬件的结构不清楚,面对软件也是无从下手的。

 

image005.png

 

官网提供的原理图一共有四张,我们一张一张分析,这是第一张,主要是电源部分。

通过原理图可以看到,输入的12V电压在输入之后分别经过两个开关降压芯片将电压降至5V和3.3V,但是电路中有一部分令我很困惑:

 

image007.png

在这里可以看到,3.3V和5V电源居然接到了一起,难道这不是短路了吗?看到那些0R电阻之后我好像有点明白了,这可能是一个可选配置,但是仔细一分析还是不对,就算0R电阻断开,也没办法起到分开3.3V和5V的作用,难道是原理图错了吗?不,肯定不是,这可是挂在官网上的资料,怎么会犯这么低级的错误?百思不得其解之下我拿起了开发板,想看看实物,结果一看之下,恍然大悟,原来开发板上根本就没有焊接3.3V的降压芯片,原来这里确实是一个可选电压的设计,只不过电压不是靠0R电阻来选择,而是靠硬件上直接不焊接来做到的。

我们接着看下一张电路图:

 

image008.png

这张电路图就相对比较复杂了,我们一个部分一个部分来看

 

image010.png

这里是主控单片机的最小系统电路,没什么好说的,值得注意的是在这里对PWM1的六个通道做了下拉的处理,防止上电的时候电平不确定造成H桥上下桥臂同时导通烧毁MOS管。

 

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这一部分是一些板载外设的原理图,有四个用户按键以及一个复位按键,以及一路电位器,还有一部分是预留了一个外部PWM输入的接口,这样就可以通过外部PWM输入来控制电机的转速了。这里需要注意的是在四个用户按键的部分采用了一路ADC来读取四个按键的值,用这样的方式巧妙的节省了IO口资源,这在我们设计板子的时候很值得学习。

 

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这一部分是USB转串口的电路,用的是CH340G芯片。

接下来我们看第三张原理图

 

image016.png

 

这部分主要是通信接口电路,主要有CAN接口、LIN接口、SPI接口,以及在闭环控制时要用的编码器以及霍尔传感器的接口。编码器接口与霍尔传感器接口都有上拉电阻来方便开漏输出的器件使用,以及每一个接口都配了一个10nf的滤波电容来滤除高频的干扰。

接下来就是最后一张也是最复杂的一张电路图了

image018.png

这一部分主要是功率MOS管的预驱电路、功率MOS管电路、相电流采样电路、无传感器驱动时的反电动势采样电路、母线电压采样电路、以及过流保护电路等。

接下来我们详细看一下每一部分的功能,在这里先声明一下,对无刷电机的驱动电路我目前也在学习阶段,只能尽我所能的去分析一下每一部分电路的功能,难免会有错误和遗漏,欢迎大佬给我指出错误的地方。

 

image020.png

这一块是功率MOS管的驱动电路,功率管用的是国产的无锡新洁能的的NCE6990,这款MOS管的参数如下:

 

image021.png

可以看到额定参数还是很不错的。因为用的是六个NMOS,高端驱动的MOS管需要自举升压电路才能工作,故用了IR2101S来做MOS管的驱动。同时这一部分还包含了相电流采样电阻以及母线电流的采样电阻。

 

image023.png

这一部分电路是对相电流采样值的放大处理,用的MCP6022轨到轨运放组成差分放大电路,经放大电路放大后的输出电压被输入ADC的采样端。

 

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这一部分电路是无传感器驱动时的反电动势采样电路,每一相的相电压经过分压之后被输入ADC的采样端,同时为了检测反电动势的过零点还需要有一个电机三相绕组Y连接的中心点的电压V_REF,这个电压也被输入了ADC的采样端。

 

image026.png

这一部分是母线电流采集以及过流保护部分。母线电流采集使用了MCP6021这款高速、宽带运放,其具体参数如下:

 

image028.png

由MCP6021组成差分放大电路将母线电流采样电阻得到的差分电压进行放大,放大倍数为Av=24/(1+1)=12,即放大了12倍。得到的输出电压一路送入ADC进行采样,另一路输入后级的LMV7235电压比较器,与参考电压做比较,当发生过流时,比较器输出端输出低电平,送入PWM定时器的刹车端,强行停止PWM输出。

 

image030.png

最后就是母线电压的采集电路了,这里采用了电阻分压的方式,分压系数为0.048。

 

 

至此,这款开发板的硬件电路部分分析全部结束,能力有限,难免有错漏之处,欢迎指正。

 

 

 

    最后,总结一下这块开发板,整体上来说这块板子非常全面,该有的都有,预留的接口很丰富,支持多种通信方式,同时也支持无刷电机的编码器驱动、霍尔传感器驱动、以及无传感器驱动。同时在保护电路方面做的也很到位,集成了过流保护、电压检测功能(通过软件实现欠压过压保护,更加灵活)。

    同时这款板子在用料方面也是狠下成本,粗略计算一下仅在运算放大器这一块的BOM成本就接近20元,当然,这是零售价格,实际批量生成会低一些,但是也应该在十元以上,由此就可以看出来这款开发板的用料还是很不错的。并且有一点需要大加表扬,那就是这块开发板在设计的时候预留了很多测试点,这就为后续的开发和调试大大提供了方便,测试的时候只需要找到需要观察的信号对应的测试点就可以很方便的用示波器观察波形了,由此一点可以看出这款板子在设计的时候是真正的为用户在考虑。

这篇测评到此结束,在下一篇中我会完成开发环境搭建并且试着用这块板子去驱动我手头的两个电机,敬请期待。

 

 


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