SimpleFoc-原理图(STL6234+INA240)

原创 云深之无迹 2022-09-24 18:40

L6234是ST家的一个BLDC驱动芯片,最早的SimpleFoc就是这个芯片:


这个价格有点离谱,没有这么贵的



BOM表



这个是板子上面最大的几颗芯片



可以在我的Github上面找到AD的工程,点这个可以打开工程



精密500 mA稳压器



芯片记得去官网搜索



选用DPAK的封装



它的接法是这样的



这个是一个选用的参数


内部的一个框图



可以看到输入的端口是直接和航模电池的输入口直接连接的



这个是宽电压的输出,也可以定点的输入两个大电压



应用的电路图是这样的



这里就加个0.1uF的就行


接下来我们看INA240这个芯片,众所周知是TI家的,还是要说,独步青云。

具有增强的 PWM 抑制能力的 AEC-Q100、-4V 至 80V、双向、超精密电流感应放大器。


AD出的图就是专业哈



芯片的一个原理图



TI家的芯片都有在线的可以看的文档链接,香哭了,还能看看翻译


由于测量信号具有连续性并与相电流直接相关,因此, 测量电机电流的理想位置应直接与每个相位保持一致,如图 1 所示。测量其他位置(例如每个相位的低侧)的电流需要进行重组和处理,然后控制算法才可以使用有意义的数据。

电机的驱动电路可生成脉宽调制 (PWM) 信号来控制电机的运行。这些调制信号使得位置与各电机相位一致的测量电路进行共模电压 (VCM) 转换,在转换过程中,电压将在极短时间内在不同高电压电平之间进行切换。完美的放大器产品能够完全抑制测量的 VCM 分量,仅放大与流经分流电阻器 的电流相对应的差分电压。不幸的是,实际的放大器产品并不理想,会受到大 PWM 驱动输入电压阶跃的影响。由于实际的放大器产品无法进行无限的抑制共模,因此放大器输出端可能会出现与每个输入电压阶跃相对应的大幅度意外干扰,如图 2 所示。这些输出干扰(或故障)可能极大,输入转换后需要很长时间才能稳定, 具体取决于放大器特性。

此类测量的常用方法是选择带宽较高的电流检测放大器。为了保持在可听频率范围之上,典型的调制频率范围为 20kHz 至 30kHz。用于在这些 PWM 驱动应用 中进行直列式电流测量的放大器选择以信号带宽在 200kHz 至500kHz 范围内的放大器为目标。以往选择放大器时并不基于显著低于 PWM 信号带宽的实际信号带宽。选择更高的放大器带宽可以使输出干扰在输入电压转换后快速稳定下来。

INA240 是一款高共模双向电流检测放大器,专为 这些类型的 PWM 驱动应用而设计。该器件通过使用集成式增强型 PWM 抑制电路来显著降低输出干扰并快速稳定,从而解决在存在大共模电压阶跃时测量小差分电压的问题。标准电流检测放大器依靠高信号带宽使输出在阶跃后快速恢复,而 INA240 快速电流检测放大器具有内部 PWM 抑制电路,可以在改进 输出响应的同时降低输出干扰。图3说明了INA240 输出响应在此内部增强型 PWM 抑制功能作用下的改进。


减少测量误差,尤其是温度引发的误差对于保持精确反馈控制并提供无缝用户体验至关重要。常用的系统级校准能够不断降低室温下对于放大器性 能的依赖性,从而实现精确的测量。然而,随着运行温度的不断变化,考虑参数漂移(如输入偏移电压和增益误差)更具挑战性。良好的温度补偿方案基于放大器在整个温度范围内的性能 变化特征,并依赖于系统间对外部条件的一致且可重复的响应。对于降低对复杂补偿方法的需求而言,在将温 度引起的偏移降至最低的情况下提高放大器保持稳定的 能力是一种理想选择。

INA240 在室温下具有 25μV 的最大输入失调电压和 0.20% 的最大增益误差规格。对于要求温度稳定测量 的应用,该器件的输入失调电压漂移为 250nV/°C, 放大器增益漂移为 2.5ppm/°C。即使工作温度在系统 的完整温度范围内发生变化,测量精度依然恒定不变。INA240 将测量温度稳定性、宽动态输入范围和增 强型 PWM 输入抑制(这一点最重要)融合在一起,非常适合需要精确可靠的测量以实现精确控制性能的 PWM 驱动应用。

INA282 能够非常精确地测量大共模电压,这些电压的变化速度不会像PWM 驱动应用的典型变化速度那样快,因此你可以在高电压直流应用中使用它。LMP8481 是一款双向电流检测放大器,适用于不要求放大器的输入电压范围中包含接地的高共模电压。


八个引脚的定义



跨在电机上面



B相



我们再来看一次框图,是不是很清晰了,前面是测量,后面是输出


INA240 -Q1是一款电流检测放大器,可提供宽共模范围、高精度、零漂移拓扑、出色的共模抑制比 (CMRR),并具有增强的脉宽调制 (PWM) 抑制。增强型 PWM 抑制降低了共模瞬变对与 PWM 信号相关的输出信号的影响。看不懂?


那我这样说:INA240 -Q1测量电流流过电流感应电阻器时产生的电压。该器件提供参考引脚以将操作配置为单向或双向输出摆幅。当使用 INA240 -Q1进行串联电机电流检测时,该器件通常配置为双向操作。



再看一个在电机上面的应用



推荐的封装布局


接下来看我们的大头菜


L6234 是驱动无刷直流电机的三桥。它是在 BCDmultipower 技术中实现的,该技术将隔离的 DMOS 功率晶体管与 CMOS 和双极电路结合在同一芯片上。由于DMOS结构不受二次击穿效应的影响,输出DMOS晶体管可以承受非常高的电流,RMS最大电流实际上受到封装的耗散能力的限制。所有逻辑输入均兼容 TTL、CMOS 和 μP。每个通道由两个独立的逻辑输入控制。


知道,52V和5A的电流就行



不管怎么说,反正原理就是这样的



这个更清晰了



文章下面的内容都是来自于ST家的应用文档



卖芯片的文档写的可好了,看懂就算学会了

MOS管不同位置的叫法



这个是电流的不同输入的方向


这里就再引入一些,电机应用里面测量电流的一些需要注意的事情,高压侧MOS,负载连在正电源电压段,低压侧当然就是接地了。



这样的叫一个半桥



这个桥的样子也是我们经常测量做的最常见的配置情况


RS叫感应电阻或者分流电阻,来测量在负载中流动的电流。



单极电流的测量原理


只能检测到电阻上面的电压的正值,根据这个值来调节负载中的电流。一种技术就是就是对峰值电流的控制,使用PWM技术,以限制在负载中流动的电流的最大值。,两个半桥接在一起形成了全桥,下面的波形图就说明了断开和打开时间的含义。


峰值电流的PWM控制


在我们的SimpleFoc就是执行的这样操作,在执行一个Ton时,负载中的电流增加,RS上的电压增加 ,当目标的电压到的时候,会触发一个Toff,在固定的时候放负载里面的电流,TON和TOFF之间的转换就可以控制这个电流的情况,检测感知电阻电压的正数值和参考值对比就可以控制电流了。


。。。妈的,这里是二次写的,我都写了3k多字了,现在不小心把页面关了。。。吐了。


这里Todo一下:做一个硬件的提醒器,妈的。



驱动芯片使用的是6个引脚,看数据手册写的意思是,EN接高就行,剩下三个接IO。


这些引脚是TTL/CMOS和P兼容的。每一个半桥都可以通过自己专用的引脚与逻辑高。这些引脚上的逻辑低开关关断相关的半桥。这最大开关频率为50kHz。也就是说,半桥开通必须和这个东西的高位与一下。

这些引脚是TTL/CMOS和P兼容的。它们允许在上层DMOS上切换(输入在每个半桥中,较高的逻辑电平)或较低的DMOS(低逻辑电平的输入)。交叉传导保护避免同时打开上、下两层。

这个是000,111的保护,避免同时打开


每个半桥的DMOS。从开机到关机之间有300ns的固定延迟时间。两个DMOS开关在每个半桥。开关工作频率上升50 kHz。高通突变频率允许减小输出电流的纹波,但增加了器件的功。然而,低的换相频率会引起输出电流的高纹波。切换频率应高于16kHz,以避免噪声。输入端和启用引脚处的汇电流约为30A,如果这些引脚的电压为至少比VREF电压低1V。以避免逻辑输入和启用时,应在逻辑信号输入之前将电压应用于VS。


三相电机的控制顺序



这个是ST自家的一个评估板子,看我的画框的位置,就是EN都是接了这个5V的高位。剩下就是IN应该是IO脚了。


这个是就是几个引脚之间的逻辑和电机的运行图像


在之后的文章,我会写一些关于驱动的理论文章,这篇就是原理图了:

看IN和EN之间的逻辑引脚,看半桥形成的驱动电路



再看我们的芯片的引脚图


SENSE 1,2:

连接到该引脚的感测电阻器为电机电流提供反馈控制桥1和2,3。

EN1,2,3:

通道逻辑输入1/2/3. 逻辑高电平(当相应的EN引脚为高)开关上的上DMOS功率晶体管,而一个逻辑低开关在相应的低端电源DMOS。


这个英文就简单了,EN必须是高才能使用IN,然后就是使用IN的L和H来控制一相是不是导通。

我们的FOC电路图看


IN这里都是一次三个引脚放在了IO口,随便设置。导通的话,直接就接高位的电源了。输出的时候,搭了电流的测量。



这里是电流的测量点



位置传感器的测量位置



电流环的控制,请使用这里的引脚来进行一个测量



这个是后面的IIC的下拉要不要打开



UNO R3的引脚映射



啧,感谢大哥带来的信息,GT3又更新了



看微信的更新



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可以看消息和听语音,也可以发送语音



也可以发送图片


华为的小人才越来越好了,Good!



宿舍新工位!!!(要不是没拿充电器今天就不出去了),溜了先。


https://www.st.com/zh/motor-drivers/l6234.html
https://www.ti.com.cn/document-viewer/cn/INA240-Q1/datasheet/GUID-82493A91-7010-4C42-8F9A-75D8BE6A121E#TITLE-SBOS662T3036960-13
https://www.elecfans.com/analog/202007151246626.html
https://www.ti.com.cn/product/cn/INA240-Q1
xhttps://www.st.com/zh/power-management/l78m.html#documentation


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