電路設計中,經常在一些信號發送端和接收端的連接中串聯一個電阻,這里電阻的作用有很多種,有的場合是為了防止信號振鈴,有的時候是為了保護芯片,有時時候是想降低信號的上升沿。今天要講的是一個電機驅動電路的案例,其中有關于這個電阻。
某家電產品上有一個無刷電機,我們開發的電控板需要去驅動這個無刷電機,這個電機內部自帶電機驅動板,電機自帶三根線,一根12V供電,一根地線,剩下一根是PWM信號調試線。第一次我們的電控板做出來后,測試驅動電機,電機控制一切正常,等第二次樣機階段,做了10臺機器,發現其中5臺電機轉速不受控制,檔位調速不起作用。我們電控板的電機驅動接口如下圖,很簡單,單片機直接輸出一個PWM信號給到電機調速。
經過和電機供應商溝通,確認了軟件PWM信號頻率沒有問題后,而且電機供應商使用他們自己的測試工裝測試了電機,測試運行正常,調速也沒有問題,電機供應商回復應該是我們電控板的問題,拿到電機控制異常的機器,測量電機接口電壓電源和PWM信號一切正常,我們的工程師說電控板沒有問題,一切正常,問題出在電機,是電機出了問題。而電機供應商說不正常的電機他們測試一切正常,雙方各執一詞。
內部討論后,讓電機供應商提供了電機內部驅動板的原理圖,我們試著查找原因,如下圖,電機內部驅動采用峰岹的FT8213方案,FT8213 是一款三相、無傳感器 FOC 控制直流無刷馬達驅動 IC,內置 Rdson 1Ω驅動 MOS,調速接口可選擇 PWM、模擬輸入、I2C 調節電機轉速。下圖是FT8213的芯片相關參數。
電機內部驅動板原理圖
我們電控板的發出的PWM信號送到FT8213的speed引腳,從而控制電機調速,仔細檢查供應商提供的電機驅動板原理圖(上圖),發現來自我們電控板的PWM信號,在電機驅動板內部是通過一個隔離二極管到達FT8213的調速SPEED引腳的,SPEED引腳上拉到5V.當電控板單片機發出的PWM電平信號為高時,二極管截止,FT8213的調速SPEED引腳被上拉到5V高電平,但當電控板單片機PWM電平信號為低時,二極管導通,5V經10K上拉電阻,二極管,1K電阻到地分壓后,FT8213的調速SPEED引腳檢測到的低電平電壓約為1V. (電流流向如下圖)。查看FT8213的芯片手冊,SPEED引腳輸入的低電平不能超過0.6V。(如下圖)顯然此時的1V已經大于這個0.6V了,就造成FT8213Q無法正確識別PWM的低電平,從而電機轉速無法控制。到此,真相大白。解決方案為將串聯的電阻改小,改為100歐姆,測試之前電機調速不正常的機器全部恢復正常,改電阻之后,PWM為低時,speed引腳約為0.6V,有一定風險,為保證產品批量穩定性,和電機供應商溝通,將電機內部二極管改為肖特基二極管,肖特基二極管的正向壓降更低,確保送到speed引腳的低電平小于0.6V.留有余量。后續量產一切正常。
PWM為低時的,電流回路
低電平最大值要求
電路設計中,任何元器件的參數設定,不能只憑經驗,要根據實際情況,多了解溝通負載的真實狀態,這樣才能做到不翻車,或者盡量少翻車。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:硬件設計:電機控制異常案例分析
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