步进电机驱动方案 BoosterPack升压DRV8711-第一部分

基于DRV8711步进电机控制器NexFET TM Power MOSTFET和MSP430 LaunchPad的电机驱动和控制系统。我还将分享人们在此过程中遇到的许多关键问题的知识，例如正确的组件选择、关键布局路径和常见的调试技巧。最终结果将是一个成品，我们可以在自己的系统的评估和设计中使用它！该系列将涵盖的主题包括……

· PCB开发工具

· 电机驱动和控制系统的关键部件

· 原理图捕获的注意事项

· 深入探讨电机驱动和控制 PCB 的考虑因素和正确布局

· 查看控制器固件

· 调试我们的设计并旋转该电机！

图 1：BOOST-DRV8711 独立

在我之前的帖子中，我们拼凑了一个系统，找到了我们的组件，征服了强大的原理图，并进行了审查、审查和审查。所有这些步骤都有助于将步进电机驱动系统放在我们的手掌中！现在我们想和大家分享这个，这样你也可以旋转马达。

图 2：MSP-EXP430G2 上的 BOOST-DRV8711

BOOST-DRV8711 是一款 8-52V、4.5A 双极步进电机驱动级，基于 DRV8711 步进电机预驱动器和 CSD88537ND 双 N 通道 NexFET TM功率 MOSFET。该模块包含驱动许多不同类型的双极步进电机所需的一切，也可以重新用作双刷直流电机驱动器。BOOST-DRV8711 非常适合那些希望了解更多有关步进电机控制技术和驱动级设计的人。该套件旨在与遵循 LaunchPad 引脚分配标准的所有 TI LaunchPad 兼容，并为带有 MSP430G2553 的 MSP-EXP430G2 LaunchPad 提供主要软件/固件支持。

BOOST-DRV8711 虽然结构紧凑，但具有冲击力，能够从每个 H 桥连续提供 4.5A。这使其能够驱动当今市场上的各种双极步进电机，而不会产生过多的散热。

图 3：驱动最大电流的 H 桥 A 和 B

图 4：驱动最大电流时的热性能

与用于 MSP430G2533 的 BOOST-DRV8711 一起提供的电机控制应用程序（使用 TI 的 Code Composer 和 GUI Composer 工具开发）允许我们在几分钟内快速旋转手头上的几乎任何双极步进电机。该应用程序提供速度和步进运动曲线，同时允许我们微调 DRV8711 的驱动器设置。

图 5：步进电机控制应用

在直流电压领域，存在三种主要类型的电动机：有刷直流电机 (BDC)、无刷直流电机 (BLDC)和步进电机。每个电机都有其优点和缺点，我们的应用程序将为我们确定正确的电机类型。

我正在为TI 的 MCU LaunchPad评估平台开发电机驱动BoosterPack ，并且有一些关键要求。首先，我需要相当准确的位置控制。这在 3D 打印机、机器人和 CNC 机器（流行的爱好项目）等应用中至关重要。我不太关心初始设计成本，但我希望解决方案成本低且简单。最后，我希望这个系统能够支持广泛的电机电压/电流。考虑到这些元素，我似乎想设计一个系统，以最低的成本驱动各种步进电机！

好吧，现在我们明白了我们想要做什么；我们如何做到这一点？首先，让我们回顾一下电机系统如何运行的一些背景知识。在电机驱动和控制系统中有两个关键要素。

首先，我们有运动控制系统。这通常由专用的MCU管理或分配给更强大的集中式处理器。该系统为电机驱动系统提供更高级别的控制（加速、减速、速度曲线、换向等），然后处理返回的反馈信号。这些控制信号可以包括：用于操作设置的数字输出、用于管理电机速度的PWM 、用于通信的SPI/UART/I2C以及用于改变参考电压的DAC 。反馈信号通常包括：向数字输入报告故障 以及从分流电阻器到ADC的电流反馈. 微控制器采用许多这些外围设备并将它们集成到单个 IC 中。

接下来，我们有电机驱动系统。这包括具有功率 FET 以创建 H 桥的分立解决方案、具有内部功率 FET 和附加功能/保护的集成电机驱动器 IC ，或驱动外部功率 FET 但还包含附加功能/保护的电机预驱动器 IC保护集成IC。使用专用电机驱动器 IC 的解决方案通常提供额外的保护、尺寸减小和更精细的控制。我们可以查看此博客，了解有关离散解决方案与集成解决方案的更多信息。

现在我们对电机驱动和控制系统的运行方式有了基本的了解，我们可以开始搜索组件了。对于这个 BoosterPack，我希望将步进微步和电流调节卸载到电机驱动 IC。这将使我能够使用更简单、成本更低的微控制器并减少设计中的组件数量。我已经知道我想要一个集成解决方案来缩短我的开发时间，但我也想要能够为电机提供强大的动力。一个快速的谷歌搜索带来了过多的选择。让我们看看……..选择最符合我需求的，我们有DRV8818、DRV8825和DRV8711。

在表格中，我们可以看到明显的成本与功能权衡。最后，我对 5A 范围内的电流的需求超过了使用完全集成的低功率电机驱动器的成本差异。借助DRV8711和适当尺寸的功率 FET，我可以设计一个高度灵活的解决方案，能够驱动我正在寻找的功率。

如果我们决定使用预驱动器，下一步将是选择合适的功率 FET。DRV8711驱动 2个 N 沟道 MOSFET H 桥，因此我们需要 8 个 N 沟道功率 MOSFET。现在，我将利用一些先进的知识并利用 TI 正在开发的双 60V N 沟道功率 MOSFET。选择外部 FET 时要牢记的一些关键事项是 R DS(ON)（FET 的导通电阻）、CG（栅极电容）、最大连续电流、封装尺寸和成本。

DRV8711 使我能够显着降低微控制器所需的处理能力。现在唯一的要求是几个 GPIO、SPI 和 UART 以实现 GUI。带有超低功耗MSP430G2553 MCU的MSP430 超值系列 LaunchPad (MSP-EXP430G2)完全符合要求！