TI 参考设计4.4V 至 30V、15A 高性能直流无刷无传感矢量螺旋桨电调参考设计

巅峰最寂寞

    款4.4V 至 30V 直流无刷无传感矢量 电调参考设计，适用于大功率螺旋 桨、风扇以及泵等无传感电机控制应用。 该设计采用德州仪器 (TI) 的 DRV8305 直流无刷电机栅极驱动器、CSD17573Q5B 30V NexFETTM 功率 (MOSFET)、TPD4E05U06 瞬态电压抑制器 (TVS) 、C2000 电机控制 MCU 以及 LMR16006 3.3V 降压转换器。 它采用了 InstaSPINTM-FOC 无传感矢量电机控制算法并通过来自于外部处理器的信号进行调速。 这款设计着重于在大功率直流无刷(BLDC) 电机系统实现无传感矢量控制。

    • 输入电压范围为 4.4 V 至 30 V • 15A (RMS)、23A 峰值输出电流
    • 小尺寸（长 x 宽）： 2.2” x 1.0”
    • 以单个参考信号进行调速
    • 3.3V、0.6A 板载降压转换器
    • InstaSPIN-FOCTM 无传感矢量 电机控制
    • 众多系统保护功能，包括 MOSFET VDS 过流及欠压保护等

    专为大功率直流无刷 (BLDC) 螺旋桨电调设计的紧凑型无传感矢量电机控制器。 它模仿了 RC 和爱好者应用中成熟电子转速控制器 (ESC) 的功能。 电机控制器针对中央控制器传输的转速参考信号进行解码并处理为适用于 BLDC 电机的驱动信号。 这允许中央控制器卸载与直流电机控制相关的处理器功能而专注于系统的中心功能。 此类电机控制器也可以用于大功率风扇和泵应用。该电机控制器主要由两个组件组成。 第一个组件是 MCU，其针对中央控制器传输的转速参考信号进行解码、测量电机的反电动势 (BEMF) 和电流信号并将相应控制信号发送至功率级。第二个组件是功率级，由栅极驱动器和功率 MOSFET 组成。 功率级放大从 MCU 传输至电机的控制信号。电机控制器将无传感矢量控制算法 InstaSPIN-FOC 应用于直流无刷电机。 磁场定向控制支持由控制器驱动的电机获得最优效率和噪声性能。 InstaSPINTM-FOC 利用电机反电动势和相电流信号判断电机转子的位置，然后发送正确的驱动模式。 主电源输入通过一个开关降压转换器为电机控制器供电
    电机控制器采用 6 个 CSD17573Q5B 构成直流无刷电机逆变器。 该功率 MOSFET 是一款 RDS(on)超低的器件，专为最大限度降低电源转换和开关应用中的损耗而设计。 该器件采用紧凑型 8 引脚小外形尺寸无引线 (SON) 5mm x 6 mm 封装。RDS(on) 为 0.84mΩ，VGS 为 10V，从而最大限度降低电路板空间要求并限制散热
   
框图

硬件接口

TMS320F28027F 已配置为使用最少的外部组件并通过内部振荡器生成 60MHz 时钟。 使用外部降压稳压器作为 3.3V 电源。EPWM1、EPWM2 和 EPWM3 增强型 PWM 模块用于为功率级开关生成脉宽信号。 使用多条 ADC 通道读取电机反电动势电流和相电流。 使用 JTAG 连接器对存储器编程。 与 DRV8305 通信的多个通用输入/输出 (GPIO) 和一个 SPI 接口用于设置栅极驱动器模式、相关配置并回读状态信息。

DRV8305 是一款高度集成的三相栅极驱动器，具备专为电机驱动而设计的功能。 该器件具备一个通过 4.7µF 陶瓷电容进行旁路的单电源 (PVDD)。 两个内部稳压器（AVDD 和 DVDD）通过 1µF 陶瓷电容进行外部旁路。 使用三倍频器电荷泵（VCPH、CP1 和 CP2）为高侧 N 沟道功率 MOSFET 提供电压输入 (PVDD + 10V)，而线性稳压器 (VCP_LSD) 为低侧 MOSFET 提供 10V 电源。内部分流放大器以 VREG/VREF 引脚（由 MCU 3.3V 电源供电）为基准并且这些设置可通过 SPI 接口进行配置。 INH_X 和 INL_X 引脚控制半桥驱动器的状态，同时 GH_X 驱动高侧 MOSFET 栅极，GL_X 驱动低侧 MOSFET 栅极。 栅极驱动器放大由 MCU 至电池电源电压 (PVDD) 的逻辑电平输入。 VDRAIN 专用引脚用于感测高侧 MOSFET 的漏极电压以便与 VDS 过流监视器搭配使用。 WAKE 引脚用于将器件由低功耗休眠模式唤醒。DRV8305 提供管理 MOSFET 转换率和开关性能的配置以及自动切换握手保护，过流保护、欠压保护和过热保护等保护功能。

6 个 CSD17573Q5B N 沟道功率 MOSFET 构成直流无刷电机的逆变器。 逆变器允许控制器管理电机绕组两端的电压（与电流成正比）。 应用正确的电压/电流模式可使电机旋转。 为了提高设计效率，MOSFET 由 DRV8305 栅极驱动器驱动。 这可以最大限度降低导通和开关损耗。要了解关于电机栅极驱动器和 MOSFET 的更多信息，请参见本应用手册。除 MOSFET 外，为了测量电机反电动势，每个电机相位均放置了一个分压器。 分压器电压直接馈入 MCU ADC。 反电动势是电机转动时产生的电压。 该电压有助于确定转子位置。 为了确定流经每个桥臂的电流，每个半桥的低侧放置了三个分流电阻。 分流电阻电压馈入 DRV8305 分流放大器，然后馈入 MCU ADC。 这也有助于确定转子位置

LMR16006 用作 3.3V 电源的基准。 这款经稳压的降压转换器接入电池输入电压并将其降至 MCU 所需的 3.3V。 输入电源由 1µF 陶瓷电容旁路，输出则通过一个 15µH 功率电感和一个 22µF 陶瓷电容进行滤波。 反馈环路可将转换器输出稳定为 3.3V

电池电源直接与电路板相连并通过 390µF 大容量电解电容进行滤波。 分压器支持 MCU 直接感测电源电压
电机控制器软件基于 InstaSPIN-FOC 技术和 MotorWare 基础架构。 最终系统基于来自 MotorWare 项目的 Lab 5b。Lab 5b 将 InstaSPIN-FOC 和 PI 转速控制器搭配使用。Lab 5b 使用两个级联比例积分 (PI) 控制器，一个作为电流控制器，另一个作为转速控制器。 在该系统中，转速控制器环绕电流控制器。 PI 控制器是应用于众多系统的通用控制回路反馈机制。 PI 控制器计算一个误差值，作为变量测量值和理想设定值间的差值。 然后尝试通过特定响应系统校正该误差

猪小呆

注册时间2013-6-5 13:51，今天终于发了处女帖

xnc数码

时隔这么长时间，不知道量产没有，感觉改装电动工具不错