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BLDC的开发板主要分为四个模块主控模块电源模块驱动模块信号采集模块。
一.电源模块
115v降压电路
开发板需要三个电压等级为15v5v3.3v。因为供电电压默认是24v所以需要对其做降压处理。 第一个是24v降压到15v的电路图。15v的电压等级主要用在驱动模块。 这里使用了2个供电接口。这边选择一个进行供电即可。 C5C6C7是对母线电流进行滤波的三个电容。 D1是防止反流的二极管电流只能通过从左向右流向开发板上。如果接反了可以对开发板进行保护。D1的型号是SS31010表示的是100v耐压3表示耐流是3A。 在这里使用了西龙(XL)的开关电源芯片进行降压。通过查阅数据手册这个降压芯片是1A150KHz80v的降压芯片。它是可以调节输出电压的芯片它可以通过R9和R11两个电阻分压来进行输出电压的调节。 电压的输出与L1和D2关系比较大。D2是反馈的二极管一般使用的是肖特基二极管。L1是输出的滤波电感。需要注意的是如果这个电感选择太大可能会降低这个芯片的工作效率如果选择太小则电压输出的纹波会比较大不利于后面的控制。
25v降压电路
这里也是选用的XL2576这是一个固定的降压芯片是不可调的。也就是你输入之后输出就是直接就是5v。L2和D3的作用和15v降压电路是一样的。
33.3v降压电路
这里使用的是3.3v的降压芯片。这是比较常用的ASM公司的117-3.3。这是一个线性电源芯片虽然效率不如前面两个开关电源芯片高但是线性电源输出的电流纹波是比较小的。3.3对mcu进行供电。
二.信号采集模块
1编码器采样
这个电路是5v的供电R60R63R65是进行限流的操作C45C46C47是对输出的信号进行简要的滤波。也就是一个简单的RC滤波电路。
2霍尔采样
也是5v的供电电压。但是霍尔信号的输出值是1.几伏不利于芯片的采集和对信号的处理所以这里还使用了3.3v对输出的信号进行上拉使其输出的是3.3v矩形波的信号。右边就是简单的RC滤波电路。
3过零点和三相电压采样
主要用于采集过零点反电动势的电压信号。因为无感方波的控制过零点信号要比霍尔信号要超前30度左右。因为超前所以在处理无感方波的时候需要对其进行一个延迟的处理。延迟到霍尔信号和过零点信号是一样的。 三相电压uvw由逆变模块过来由于输出的电压比较高所以需要对其进行分压处理。R68R71R74是对中性点进行模拟。 分压之后就能输出三个相电压UVW。 我们可以通过下面的公式来进行计算板子的耐压值。所以板子支持电机输入的最大电压是88.55v而板子支持的最大供电电压是75v。 输出的三相电压和中性点电压到过零点采样电路进行比较。这边有一个比较器R61和C43构成一个RC滤波电路然后过零点信号输入到mcu里面。
4电流采样
这部分电路是对逆变模块采样的电流进行放大的电路选用的芯片时SGM8634进口高带宽高速的放大芯片。 3.3v进来经过分压电路分出了1.65v然后进入了电压跟随器输出的也是1.65v。这是因为mcu只能采样到正电压负电压是识别不了的也会损坏mcu。 因为输入进来的波形是正弦电压有正有负所以我们需要把波形进行升压整体往上抬升1.65v。当我们抬到1.65v的时候全部的电压都可以采样到了。 另一部分电路由于是正向差分放大的电路可能会有共膜的干扰。所以中间有一个C3电容就是为了滤除共模干扰。然后输出端接的是RC滤波。 我们可以通过下面的公式计算出放大的电流倍数。由于逆变模块流过的最大电流是10A
三.逆变模块
这里是全桥的逆变电路实例使用的是英飞凌的mos是540s这个mos的耐压是100v耐流是33A。下面的R49R50R51是输出电压的0.01欧1w的采样电阻。 我们可以通过下面功率计算公式来计算流过的电流。可以得出最大的电流是10A的电流。
四.驱动模块
六路的PWM波是芯片输出的芯片输出的最大幅值就是3.3v但是这个电压是不足以驱动逆变模块的N沟道的mos管的。所以需要一个驱动桥对电压进行升压处理输出的信号就能对mos管的栅极进行驱动。 D4D7D10使用的也是肖特基二极管。它的耐压不高但是速度特别快。 C19C21C30是10uF的自举电容。 这个驱动桥芯片选用的是英飞凌的IRS2101S。 右边输出部分还有一个反并联的肖特基二极管D5因为mos也是有寄生电容如果不放掉的话会影响mos管的开关速度这边通过100欧来进行放电的话会比较慢所以反并联一个二极管没有阻抗直接放掉了。可以提高mos的反应速度。
五.MCU
这里使用的是103是和104引脚兼容的 DAC在主板的编码器的下面是两个小的铜环示波器接这里可以检测到想看的波形。 晶振是给MCU提供基频的 JTAG是下载端口支持ST_LINK和J_link的。程序都是默认根据J_link进行匹配的。因为J_link的速度比较快比较好用。 然后是10k的电位器在板子中是蓝色的。 除此之外还有7针0.96的oled接口 母线电压检测电路最大支持的电压是88v 这里使用的是232串口因为STM32的单片机默认支持的是232。
