BTN7971B直流有刷电机驱动模块PCB设计

描述

好久不见,今天主打一个分享。由标题可见,玩过单片机、搞过智能车的小伙伴应该对BTN都不陌生,一个强大而又好用的直流有刷电机驱动模块。这次呢就分享一下我的电机驱动PCB,个人画板能力有限,不喜勿喷。同时互联网上的大佬如果能够评判指正,我是非常乐于接受的。

从网上都可以找到BTN7971B的手册,英飞凌家产的,纯英文,我是看不懂,但是我会去筛选出我需要的信息。

BTN7971B是内部集成的半桥,所以要想驱动一个电机就需要两块BTN才行,而且它内部的半桥上桥臂是P-MOS,下桥臂是N-MOS,大多数电机驱动的我们用的上下桥臂都是N-MOS,下次我们再介绍一下这二者的区别。我觉得,既然BTN内部就有一个半桥,那未必只能用来当电机驱动,应该还有其他用途,这个之后用到了再说。

BTN7971B 半桥上桥臂(P-MOS)最大导通阻抗12.8mΩ,典型值7mΩ、下桥臂(N-MOS)最大导通阻抗17.7mΩ,典型值9mΩ(常温下);

输入PWM可达25KHz;

电机驱动电流可达50A;

输入电压最大45V;

上下桥臂导通时的死区时间BTN是根据输入的PWM来自动调节的,只能说很方便好吧,不用咱们自己计算设置了,能省很多事。

驱动模块

驱动模块

它的SR和IS引脚我没看懂具体是怎么电流检测和保护电路的,设计原理图的时候我就没有用它他们的功能,直接串电阻接地,最好别悬空我觉得,得拉低,防止有噪声攻击。

在手册里面也给出了官方的电路设计,分别有全桥的和半桥两种。下面是我设计的原理图。

驱动模块

驱动模块

IN和INH引脚是BTN的控制输入引脚,当INH置位高时,相当于BNT开启,启用该设备;不用的时候INH拉低,通过IN引脚来控制桥臂的某一个MOS开关,这个之后我们介绍改PCB双功能时仔细介绍。

IN和INH输入引脚需要串联10K以内的电阻,防止输入电流过大损害器件,手册里面也提到特别注意PCB的布局,因为这种大电流快速切换的电路,在电桥设计中,必须减少损耗,这是在所有高功率开关桥的所必要的。什么回流路径最短之类的,这个我自己画PCB的时候都没有注意,说实话也不会,不太懂,就没考虑那么多,打完板子之后测试能用,能用就行,哈哈。

我们看看一看实物图:

驱动模块

驱动模块

这里我们介绍一下:

①双路PWM控制电机调速及正反转:将EN_B(INH)和EN_A(INH)引脚接高电平,PB-(IN)和PB+、PA-和PA+分别接单片机PWM引脚,分别为真反转PWM,也就是说需要单片机四个PWMI/O口;

②将EN_B和EN_A引脚接单片机PWM引脚,PB-和PB+、PA-和PA+接四个普通的I/O引脚就可以了,也就是我们用的最多的控制方式0 1或者1 0控制正反转,PWM调速;

当然我建议用第二种,第一种占用PWM引脚有点多,必然就会多使用一个定时器,EB_B、EB_A、EA_B、EA_A、就是两个电机A、B相编码器,使用定时器的编码器模式又得使用两个定时器,所以还是建议用第二种。

之前我还一直在找BTN内部电路原理图,但是没有,只有手册上给的内部结构图,也是大致的,所以我就在想这个控制输入引脚IN和INH是如何控制内部半桥上下桥臂两个MOS导通和关断的,仔细研究了一下,我推断大概是这样的,拿第二种驱动方式举例:

当EN_B(INH1和INH2)接PWM、PB-(IN1)接0、PB+(IN2)接1,那么IN1的上桥臂P-MOS导通,IN2的下桥臂N-MOS导通,这样就构成了一个通路,然后INH接PWM控制调速;同理PB-(IN1)接1、PB+(IN2)接0,那就是反过来了,电机反转。

当然以上只是我的假设,也有可能和我想的是反过来的,在《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》里在SVPWM那块,讲的桥臂控制1是上桥臂导通,0是下桥臂导通。

在PCB设计中,我把地分成了数字地和功率地,在PCB中做了隔离,最后用一个0Ω电阻将两块地平面短接“分块铺铜,单点接地”。

74HC244D三态门缓冲器,就是为了起到单片机与BTN之间的隔离保护作用,如果想要设计的简单点的话,我觉得用贴片二极管也可以,选那种导通压降小一点的。

这里设计的是有一处败笔,就是B电机的端子我焊在了下面,因为电机左右放置的话必然是镜像,所以引脚应该是反过来的,但是我没有改过来,所以只能焊在下面。

大家应该都发现了原理图中开关处的那个P-MOS,这个MOS是为了防反接的,其实也可以不用加,P-MOS导通原理是S(源极)比G(栅极)电压高就会导通,所以G直接接地,D(漏极)输出。

今天的分享就到这里,内容也很简单,希望还是能够帮助到一些想要画电机驱动的小白们,原理图、BOM表、使用手册我会在下面放一个网盘链接,有需要的大家自信添加即可。

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