【MPS电机研究院】+第一块采用MP6540设计无刷直流电机驱动器电机驱动板的故事

下面开始讲述一下当初进行时的一些思路。

设计思路

在设计第一块采用MP6540的无刷直流电机驱动器电机驱动板时,我主要考虑到电路的小型化、高效性以及可靠性。MP6540的高度集成特性,集成的6个N沟道功率MOSFET和相应的驱动电路,以及小尺寸的QFN-26封装,让我能够在一个紧凑的电路板上实现完整的电机驱动功能。我根据MP6540的数据手册和参考设计,规划了电源电路、控制信号接口、电机接口等关键部分的布局,和当时设计PCB的时候的参考布线等

设计过程中遇到的问题

  1. 布线复杂性 :由于MP6540的高度集成特性,使得布线变得相对复杂。我需要仔细规划每个信号线的走向,以避免交叉和干扰,回忆了一个可能是当时对画板的功底不够,另一方面是对这个6540不熟悉,所以感觉到复杂一点。
  2. 散热问题 :在高负载下,MP6540和电机都产生一定的热量。刚开始的时候我没有想到功率大了,相关的器件会发热严重,所以我当时没有考虑到这些,后面我需要在设计中考虑到散热问题,以防止过热导致的性能下降或损坏。
  3. 电磁干扰 :在电机运行过程中,产生了电磁干扰,影响控制信号的稳定性和精度,需要他停的时候还多跑了一个距离。

参考的开源设计

在设计过程中,我参考了一些开源的电机驱动板设计。这些设计提供了很多有用的思路和经验,如何优化布线、提高散热性能、减少电磁干扰等。这些参考设计对我完成自己的设计有很大的帮助。最终我主要是参考了官方的文档中的设计方向,解决了我当时遇到的大部分问题。

第一板电机驱动难题及解决方法

  1. 发烫 :我发现在高负载下,MP6540和电机都会发热。为了解决这个问题,当时我第一反应就是哪里没有设计好,比对原理图,第二个就是给芯片增加了散热片,后面第二次打板时优化了散热布局,给电路尽量多一些铜,同时降低了电机的负载率,以减少热量产生。
  2. 烧板 :在测试过程中,我遇到了一些烧板的情况。有电源电路中的某个元件损坏导致的,有烧坏电容的,还有烧坏线路的。器件就更换了损坏的元件,并加强了电源电路的保护措施,线路的就排查问题是什么引起的,以防止类似问题再次发生。
  3. 电磁干扰 :在电机运行过程中,我观察到控制信号的稳定性受到了一定的影响,测量波形都会发现有很多的杂波,为了解决这个问题,我增加了滤波电路和屏蔽措施,以减少电磁干扰的影响。

电机驱动电路设计方向

  1. 走大电流处理 :对于电源、电机供电、电机驱动电路走大电流的部分,我采用了宽线径布线的设计,以降低电阻和温升,根据电机的功率和预期的工作条件来计算系统中的电流需求,确定所需的导线截面积,和铜的大小,必要的时候上锡,增加窄铜位置的铜过电流的能力。
  2. 散热风格 :经过第一次出现在问题,后面我比较注重散热设计,采用了大面积的散热片和风扇等散热措施,还增加了芯片的铜面积。同时,我也对电路中的热敏感元件进行了合理的布局和隔离。
  3. 抗电磁干扰设计风格 :我采用了滤波电路、屏蔽措施和合理的地线布局等方法来减少电磁干扰的影响。

使用过的电机驱动芯片或 MOSFET

近几年工作中,我使用过MOSFET和MPS电机驱动芯片还是比较多的,这些芯片和MOSFET被选择的原因主要是因为它们的性能稳定、可靠性高且价格适中,比如MPS无刷电机驱动,MP6543、MPQ6541、6546等。在设计这款无刷直流电机驱动器时,我选择了MP6540。这是因为MP6540的高度集成特性使得我能够在一个紧凑的电路板上实现完整的电机驱动功能,同时其低导通电阻和双向电流采样放大器等功能也满足了我的设计需求。MP6540的优势在于其小型化、高效性和可靠性,使得我的设计更加优秀。

当初第一版原理图:
image

当时画的PCB与这个下图线差不多一样细:

官方给出的标准电路:

参考标准电路:

参考设计:

为什么贴出这些图片,因为当初就是这几张,解决了我当时出现的问题,所以我当初的收获真的蛮多,使我在设计方面提升了一大步。

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