步进电机驱动方案 BoosterPack升压DRV8711-第二部分

[导读]我们有我们的想法，我们有我们的电机旋转，我们找到了我们设计的主要组成部分......现在怎么办？现在我们可以从更困难的部分开始，例如原理图捕获、布局和调试/测试。我们可以在下面看到这些如何落入典型的 PCB 设计流程中。原理图是设计中最关键的部分。从本质上讲，它是电路的蓝图。

我们有我们的想法，我们有我们的电机旋转，我们找到了我们设计的主要组成部分......现在怎么办？现在我们可以从更困难的部分开始，例如原理图捕获、布局和调试/测试。我们可以在下面看到这些如何落入典型的 PCB 设计流程中。原理图是设计中最关键的部分。从本质上讲，它是电路的蓝图。

与大多数事情一样，最难的部分是开始。我建议从创建我们认为可能需要的所有原理图符号开始。你会发现最初处理好这件事最终会节省时间。这包括 IC、接头、连接器、分立元件等。对于我的设计，我首先创建了DRV8711（步进预驱动器 IC）的原理图符号。我发现对原理图符号创建最有用的参考是数据表中的器件引脚图。TI 已经创建了许多原理图/封装符号！在这里查看它们。

*我们会看到许多电机驱动器 IC 都带有 PowerPAD 或 Thermal Pad。这些用于为从 IC 到 PCB 的热量提供大的、低热阻的路径。除非另有说明，否则最好将其设置为 Pin 0 并将其连接到 GND。我们可以在 PowerPAD 上查看此应用报告以获取更多信息。

现在我们有了组件，让我们将它们连接起来！我在进行原理图设计时分块工作。我将隔离系统的子部分并一次完成这些子部分，直到设计完成。这有助于更复杂的设计，因为我们可以重复使用这些小节。

例如，在这个 BoosterPack 设计中，我确定了 5 个小节，包括：

1) DRV8711及其外围元件

2) 外部功率 FET

3) 传感组件

4) 电源和电机连接

5) LaunchPad 连接

下面显示的是每个已完成的块：

1) DRV8711 和大多数 IC 的外部组件值可在其相关数据表中找到。DRV8711器件是一款步进电机控制器，它使用外部N沟道MOSFET来驱动-个双极步进电机或两个刷式直流电机。该器件集成了一个微步进分度器，此分度器能够支持全步长至1/256步长的步进模式。
通过使用自适应消隐时间和包括自动混合衰减模式在内的多种不同的电流衰减模式，可实现非常平滑的运动系统配置。电机停止转动由一个可选反电势（EMF)输出报告。一个简单的步进/方向或脉宽调制（PWM)接口可轻松连接至控制器电路。一个SPI串行接口被用来设定器件运行。输出电流（扭矩）、步进模式、衰减模式和堵转检测功能都可以通过SPI串行接口进行编程。
还提供了用于过流保护、短路保护、欠压锁定和过热保护的内部关断功能。故障状况通过FAULTn引脚进行指示，并且每种故障状况通过SPI由一个专用位进行报告。

2) 对于许多高端/低端 N 沟道驱动器，我们会看到用于电荷泵的电容器。电荷泵提供偏置高侧 FET 所需的电源电压 + 栅极电压。许多其他常见组件包括用于内部稳压器的去耦电容器和用于开漏输出的上拉电阻器。该系统还将包含用于满足开关系统瞬时电流需求的大容量电容。

2) DRV8711 驱动 8 个 N 沟道功率 MOSFET 以创建 2 个 H 桥。这些反过来将驱动步进电机。本设计中使用的 FET 是双 FET，每个封装中有两个。

3) DRV8711 通过检测检测电阻两端的电压来维持电流调节。这些低容差功率电阻器可实现精确的微步进。

4) 电机和电源连接通过接线盒接头进行，以便快速连接电机和电源。

5) BoosterPack 通过几个接头与 LaunchPad 对接。这些接头提供 MSP430 的控制和反馈信号。为确保各种 LaunchPad（MSP430、Tiva-C、C2000）的兼容性，我为 PWM 信号设置了 BOM 填充选项。

最后，当我们把这些放在一起时，我们得到了一个完整的硬件系统，理论上应该可以旋转双极步进电机！

*我的另一个小技巧，你会在这些图片中注意到，是我经常使用网络标签将网络连接在一起而不是电线。我发现这使原理图更易于阅读和调试。

对于这样一个简单的设计，这可能看起来像是组织过度杀伤，但我们会发现，在过渡到更大的设计时，这些做法将大大提高我们的生产力！

最后，我们可以运行任何原理图/网表检查，我们的工具可能必须搜索错误。