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四轴飞行器设计记录[三]-无刷直流电机电调设计

2015-04-16 23:00阅读:
距离上一次记录有接近一个月了,这个月课比较多,实验室事情也比较多,因此飞行器项目进展十分缓慢。​
这一段时间主要研究的是无刷直流电机电调的设计,主要参考阿莫论坛上《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》这篇文章,写的非常详细。​
今天板子终于发到嘉立创去开了。​
四轴飞行器设计记录[三]-无刷直流电机电调设计电调原理图
原理上一开始是按照全NMOS拓扑设计的,后来发现电路上要多出2个二极管和两个自居电容,还存在自举电容放电与驱动电流的矛盾问题,因此逐渐地就改成P+N的结构了。​单片机一开始是按照stm32f103设计的,后来发现电路上要多出5V转3.3V的稳压芯片,而且f103内部还没有模拟比较器,需要外加运放,最后驱动低端MOS由于3.3V太低,导致MOS不能完全开通,损耗会加剧,还需要外加驱动芯片,因此无奈下还是选择了最常用的Atmega8A,这款单片机之前没有用过,仔细研究了一下,发现相当便宜,而且可以5V供电,不会出现stm32的那些问题,电路结构大大简化、成本也大大降低。5V稳压芯片采用成本最低的AMS1117-5.0,淘宝单片才0.16元,最高支持15V输入电压,电流输出最大800mA,对于本系统完全足够了。再到MOS选型,查看了一下网上的设计,发现综合成本与性能最好的管子基本已经定型,本设计中选用IRFR5305+IRLR7843的组合。​​
四轴飞行器设计记录[三]-无刷直流电机电调设计
电调PCB
四轴飞行器设计记录[三]-无刷直流电机电调设计电调PCB背面
PCB绘制上面也花费了我相当的时间,首先我参照了一个已有的20A电调,是全NMOS结构的,PCB尺寸是40mm*25mm,相当小巧,作为一个拥有2年画龄的画板人,当然不能示弱,但考虑到是第一次做电调,还是选用了和他一样的尺寸。和这块电调不同的是,我这块还多了一个6P的程序下载借口和2P的IIC通信接口,他那块多了自居电容充电部分。不得不说,这块板子虽然面积小,但是布板难度还是超出了我的想象,一是要双面布器件,没办法大面积铺地和电源,第二是背面是功率器件,线粗,正面的线很难打过孔,导致布局布线前前后后花了好几天时间,最后还使出了“0欧姆跳线”的杀手锏才得以把线布完。​​
其次是包装和接口问题,成品电调都是一端直流电源线,另一端引出3相电机线,MOS阵列统一加一块铝板散热,于是在淘宝上面咨询了一下30mm*25mm*1.5mm的铝板,10片打样价格是1元/片。最后电调的外端还要加一个大热缩管,端子线要选用香蕉头,电源线选用AWG系列的硅胶软线,PPM接口要兼容已有的标准。​
最后是成本,我计算了一下,单片材料费是14.63元,开板费按照100片的数量来算是0.85元/片,最后加上人工大约16元/片,嗯,成本还是蛮低的,最后到淘宝上面搜了一下20A电调价格,均在20-30元左右,嗯,也在意料之内。​
下一步就准备设计主控板,并把电调板调试好。​
[2015/4/21]焊好了第一块电调板。​​
四轴飞行器设计记录[三]-无刷直流电机电调设计电调板V1
[2015/4/22]今天用progisp软件给板子下程序,一直提示“进入编程模式错误,请检查编程板与目标板的连接是否正确”,反复检查硬件连线,并未发现问题。用示波器观察调试器输出信号,一切正常,只是MISO脚一直没有返回信号。网上搜索解决方案,也并没有什么有价值的信息。就这样折腾了大半天,又看了看电路,发现MOSI脚与单片机连接至一个4.7K的电阻,用作引脚复用时限流。这个阻值直接就是参照《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》中提到的德国MK项目的原理图给的,仔细想了想,根据经验,这个值好像大了点,很容易与单片机输入引脚电容形成滤波器而把高速下载信号滤除掉。于是用示波器观察该电阻两端的信号差别,发现输出端高电平相比输入端低了0.5V,而波形也有混杂的现象,果断换了一个470R的电阻,再次下载,成功。真是坑爹。

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