步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案 BoosterPack升壓DRV8711-第二部分

我們有我們的想法，我們有我們的電機(jī)旋轉(zhuǎn)，我們找到了我們?cè)O(shè)計(jì)的主要組成部分......現(xiàn)在怎么辦？現(xiàn)在我們可以從更困難的部分開始，例如原理圖捕獲、布局和調(diào)試/測(cè)試。我們可以在下面看到這些如何落入典型的 PCB 設(shè)計(jì)流程中。原理圖是設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分。從本質(zhì)上講，它是電路的藍(lán)圖。

與大多數(shù)事情一樣，最難的部分是開始。我建議從創(chuàng)建我們認(rèn)為可能需要的所有原理圖符號(hào)開始。你會(huì)發(fā)現(xiàn)最初處理好這件事最終會(huì)節(jié)省時(shí)間。這包括 IC、接頭、連接器、分立元件等。對(duì)于我的設(shè)計(jì)，我首先創(chuàng)建了DRV8711（步進(jìn)預(yù)驅(qū)動(dòng)器 IC）的原理圖符號(hào)。我發(fā)現(xiàn)對(duì)原理圖符號(hào)創(chuàng)建最有用的參考是數(shù)據(jù)表中的器件引腳圖。TI 已經(jīng)創(chuàng)建了許多原理圖/封裝符號(hào)！在這里查看它們。

*我們會(huì)看到許多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 都帶有 PowerPAD 或 Thermal Pad。這些用于為從 IC 到 PCB 的熱量提供大的、低熱阻的路徑。除非另有說(shuō)明，否則最好將其設(shè)置為 Pin 0 并將其連接到 GND。我們可以在 PowerPAD 上查看此應(yīng)用報(bào)告以獲取更多信息。

現(xiàn)在我們有了組件，讓我們將它們連接起來(lái)！我在進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)時(shí)分塊工作。我將隔離系統(tǒng)的子部分并一次完成這些子部分，直到設(shè)計(jì)完成。這有助于更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，因?yàn)?/span>我們可以重復(fù)使用這些小節(jié)。

例如，在這個(gè) BoosterPack 設(shè)計(jì)中，我確定了 5 個(gè)小節(jié)，包括：

1) DRV8711及其外圍元件

2) 外部功率 FET

3) 傳感組件

4) 電源和電機(jī)連接

5) LaunchPad 連接

下面顯示的是每個(gè)已完成的塊：

1) DRV8711 和大多數(shù) IC 的外部組件值可在其相關(guān)數(shù)據(jù)表中找到。DRV8711器件是一款步進(jìn)電機(jī)控制器，它使用外部N溝道MOSFET來(lái)驅(qū)動(dòng)-個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)或兩個(gè)刷式直流電機(jī)。該器件集成了一個(gè)微步進(jìn)分度器，此分度器能夠支持全步長(zhǎng)至1/256步長(zhǎng)的步進(jìn)模式。
通過(guò)使用自適應(yīng)消隱時(shí)間和包括自動(dòng)混合衰減模式在內(nèi)的多種不同的電流衰減模式，可實(shí)現(xiàn)非常平滑的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)配置。電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)由一個(gè)可選反電勢(shì)（EMF)輸出報(bào)告。 一個(gè)簡(jiǎn)單的步進(jìn)/方向或脈寬調(diào)制（PWM)接口可輕松連接至控制器電路。一個(gè)SPI串行接口被用來(lái)設(shè)定器件運(yùn)行。輸出電流（扭矩）、步進(jìn)模式、衰減模式和堵轉(zhuǎn)檢測(cè)功能都可以通過(guò)SPI串行接口進(jìn)行編程。
還提供了用于過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓鎖定和過(guò)熱保護(hù)的內(nèi)部關(guān)斷功能。故障狀況通過(guò)FAULTn引腳進(jìn)行指示，并且每種故障狀況通過(guò)SPI由一個(gè)專用位進(jìn)行報(bào)告。

2) 對(duì)于許多高端/低端 N 溝道驅(qū)動(dòng)器，我們會(huì)看到用于電荷泵的電容器。電荷泵提供偏置高側(cè) FET 所需的電源電壓 + 柵極電壓。許多其他常見組件包括用于內(nèi)部穩(wěn)壓器的去耦電容器和用于開漏輸出的上拉電阻器。該系統(tǒng)還將包含用于滿足開關(guān)系統(tǒng)瞬時(shí)電流需求的大容量電容。

2) DRV8711 驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) N 溝道功率 MOSFET 以創(chuàng)建 2 個(gè) H 橋。這些反過(guò)來(lái)將驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。本設(shè)計(jì)中使用的 FET 是雙 FET，每個(gè)封裝中有兩個(gè)。

3) DRV8711 通過(guò)檢測(cè)檢測(cè)電阻兩端的電壓來(lái)維持電流調(diào)節(jié)。這些低容差功率電阻器可實(shí)現(xiàn)精確的微步進(jìn)。

4) 電機(jī)和電源連接通過(guò)接線盒接頭進(jìn)行，以便快速連接電機(jī)和電源。

5) BoosterPack 通過(guò)幾個(gè)接頭與 LaunchPad 對(duì)接。這些接頭提供 MSP430 的控制和反饋信號(hào)。為確保各種 LaunchPad（MSP430、Tiva-C、C2000）的兼容性，我為 PWM 信號(hào)設(shè)置了 BOM 填充選項(xiàng)。

最后，當(dāng)我們把這些放在一起時(shí)，我們得到了一個(gè)完整的硬件系統(tǒng)，理論上應(yīng)該可以旋轉(zhuǎn)雙極步進(jìn)電機(jī)！

*我的另一個(gè)小技巧，你會(huì)在這些圖片中注意到，是我經(jīng)常使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽將網(wǎng)絡(luò)連接在一起而不是電線。我發(fā)現(xiàn)這使原理圖更易于閱讀和調(diào)試。

對(duì)于這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，這可能看起來(lái)像是組織過(guò)度殺傷，但我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在過(guò)渡到更大的設(shè)計(jì)時(shí)，這些做法將大大提高我們的生產(chǎn)力！

最后，我們可以運(yùn)行任何原理圖/網(wǎng)表檢查，我們的工具可能必須搜索錯(cuò)誤。