步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方案 BoosterPack升壓DRV8711-第一部分

基于DRV8711步進(jìn)電機(jī)控制器NexFET?TM?Power MOSTFET和MSP430 LaunchPad的電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)。我還將分享人們在此過程中遇到的許多關(guān)鍵問題的知識，例如正確的組件選擇、關(guān)鍵布局路徑和常見的調(diào)試技巧。最終結(jié)果將是一個成品，我們可以在自己的系統(tǒng)的評估和設(shè)計中使用它！該系列將涵蓋的主題包括……

· PCB開發(fā)工具

· 電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件

· 原理圖捕獲的注意事項

· 深入探討電機(jī)驅(qū)動和控制 PCB 的考慮因素和正確布局

· 查看控制器固件

· 調(diào)試我們的設(shè)計并旋轉(zhuǎn)該電機(jī)！

圖 1：BOOST-DRV8711 獨立

在我之前的帖子中，我們拼湊了一個系統(tǒng)，找到了我們的組件，征服了強(qiáng)大的原理圖，并進(jìn)行了審查、審查和審查。所有這些步驟都有助于將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)放在我們的手掌中！現(xiàn)在我們想和大家分享這個，這樣你也可以旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。

圖 2：MSP-EXP430G2 上的 BOOST-DRV8711

BOOST-DRV8711 是一款 8-52V、4.5A 雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動級，基于 DRV8711 步進(jìn)電機(jī)預(yù)驅(qū)動器和 CSD88537ND 雙 N 通道 NexFET TM功率 MOSFET。該模塊包含驅(qū)動許多不同類型的雙極步進(jìn)電機(jī)所需的一切，也可以重新用作雙刷直流電機(jī)驅(qū)動器。BOOST-DRV8711 非常適合那些希望了解更多有關(guān)步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)和驅(qū)動級設(shè)計的人。該套件旨在與遵循 LaunchPad 引腳分配標(biāo)準(zhǔn)的所有 TI LaunchPad 兼容，并為帶有 MSP430G2553 的 MSP-EXP430G2 LaunchPad 提供主要軟件/固件支持。

BOOST-DRV8711 雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但具有沖擊力，能夠從每個 H 橋連續(xù)提供 4.5A。這使其能夠驅(qū)動當(dāng)今市場上的各種雙極步進(jìn)電機(jī)，而不會產(chǎn)生過多的散熱。

圖 3：驅(qū)動最大電流的 H 橋 A 和 B

圖 4：驅(qū)動最大電流時的熱性能

與用于 MSP430G2533 的 BOOST-DRV8711 一起提供的電機(jī)控制應(yīng)用程序（使用 TI 的 Code Composer 和 GUI Composer 工具開發(fā)）允許我們在幾分鐘內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)手頭上的幾乎任何雙極步進(jìn)電機(jī)。該應(yīng)用程序提供速度和步進(jìn)運(yùn)動曲線，同時允許我們微調(diào) DRV8711 的驅(qū)動器設(shè)置。

圖 5：步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用

在直流電壓領(lǐng)域，存在三種主要類型的電動機(jī)：有刷直流電機(jī) (BDC)、無刷直流電機(jī) (BLDC)和步進(jìn)電機(jī)。每個電機(jī)都有其優(yōu)點和缺點，我們的應(yīng)用程序?qū)?/span>我們確定正確的電機(jī)類型。

我正在為TI 的 MCU LaunchPad評估平臺開發(fā)電機(jī)驅(qū)動BoosterPack ，并且有一些關(guān)鍵要求。首先，我需要相當(dāng)準(zhǔn)確的位置控制。這在 3D 打印機(jī)、機(jī)器人和 CNC 機(jī)器（流行的愛好項目）等應(yīng)用中至關(guān)重要。我不太關(guān)心初始設(shè)計成本，但我希望解決方案成本低且簡單。最后，我希望這個系統(tǒng)能夠支持廣泛的電機(jī)電壓/電流。考慮到這些元素，我似乎想設(shè)計一個系統(tǒng)，以最低的成本驅(qū)動各種步進(jìn)電機(jī)！

好吧，現(xiàn)在我們明白了我們想要做什么；我們?nèi)绾巫龅竭@一點？首先，讓我們回顧一下電機(jī)系統(tǒng)如何運(yùn)行的一些背景知識。在電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)中有兩個關(guān)鍵要素。

首先，我們有運(yùn)動控制系統(tǒng)。這通常由專用的MCU管理或分配給更強(qiáng)大的集中式處理器。該系統(tǒng)為電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)提供更高級別的控制（加速、減速、速度曲線、換向等），然后處理返回的反饋信號。這些控制信號可以包括：用于操作設(shè)置的數(shù)字輸出、用于管理電機(jī)速度的PWM 、用于通信的SPI/UART/I2C以及用于改變參考電壓的DAC 。反饋信號通常包括：向數(shù)字輸入報告故障 以及從分流電阻器到ADC的電流反饋. 微控制器采用許多這些外圍設(shè)備并將它們集成到單個 IC 中。

接下來，我們有電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。這包括具有功率 FET 以創(chuàng)建 H 橋的分立解決方案、具有內(nèi)部功率 FET 和附加功能/保護(hù)的集成電機(jī)驅(qū)動器 IC ，或驅(qū)動外部功率 FET 但還包含附加功能/保護(hù)的電機(jī)預(yù)驅(qū)動器 IC保護(hù)集成IC。使用專用電機(jī)驅(qū)動器 IC 的解決方案通常提供額外的保護(hù)、尺寸減小和更精細(xì)的控制。我們可以查看此博客，了解有關(guān)離散解決方案與集成解決方案的更多信息。

現(xiàn)在我們對電機(jī)驅(qū)動和控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式有了基本的了解，我們可以開始搜索組件了。對于這個 BoosterPack，我希望將步進(jìn)微步和電流調(diào)節(jié)卸載到電機(jī)驅(qū)動 IC。這將使我能夠使用更簡單、成本更低的微控制器并減少設(shè)計中的組件數(shù)量。我已經(jīng)知道我想要一個集成解決方案來縮短我的開發(fā)時間，但我也想要能夠為電機(jī)提供強(qiáng)大的動力。一個快速的谷歌搜索帶來了過多的選擇。讓我們看看……..選擇最符合我需求的，我們有DRV8818、DRV8825和DRV8711。

在表格中，我們可以看到明顯的成本與功能權(quán)衡。最后，我對 5A 范圍內(nèi)的電流的需求超過了使用完全集成的低功率電機(jī)驅(qū)動器的成本差異。借助DRV8711和適當(dāng)尺寸的功率 FET，我可以設(shè)計一個高度靈活的解決方案，能夠驅(qū)動我正在尋找的功率。

如果我們決定使用預(yù)驅(qū)動器，下一步將是選擇合適的功率 FET。DRV8711驅(qū)動 2個 N 溝道 MOSFET H 橋，因此我們需要 8 個 N 溝道功率 MOSFET?，F(xiàn)在，我將利用一些先進(jìn)的知識并利用 TI 正在開發(fā)的雙 60V N 溝道功率 MOSFET。選擇外部 FET 時要牢記的一些關(guān)鍵事項是 R DS(ON)（FET 的導(dǎo)通電阻）、CG（柵極電容）、最大連續(xù)電流、封裝尺寸和成本。

DRV8711 使我能夠顯著降低微控制器所需的處理能力。現(xiàn)在唯一的要求是幾個 GPIO、SPI 和 UART 以實現(xiàn) GUI。帶有超低功耗MSP430G2553 MCU的MSP430 超值系列 LaunchPad (MSP-EXP430G2)完全符合要求！