DRV8251/AEVM用户指南：硬件评估模块深度解析

在电子工程师的日常工作中，评估电机驱动芯片是一项重要任务。德州仪器（Texas Instruments）的DRV82X1系列客户评估模块（EVM）为我们提供了一个便捷的解决方案。本文将基于DRV8251/AEVM用户指南，深入介绍该评估模块的硬件实现、操作方法以及相关注意事项。

文件下载：DRV8251AEVM.pdf

1. 评估模块概述

MD039是用于评估DRV8251/DRV8251A/DRV231/DRV8231A H桥电机驱动器的完整解决方案。它包含了非A变体中用于电流调节的必要分流电阻，以及A变体中电流镜像电路所需的内部FET。评估模块还集成了一个预编程的MSP430微控制器，可通过三个专用模拟电位器进行PWM速度控制和电流调节与监控。

2. 硬件参数与限制

2.1 工作电压范围

• DRV8251和DRV8251A：4.5 - 48 V
• DRV8231和DRV8231A：4.5 - 33 V

2.2 电阻与电流参数

• DRV8251：450 mΩ，分流电阻
• DRV8251A：450 mΩ，电流镜像
• DRV8231：600 mΩ，分流电阻
• DRV8231A：600 mΩ，电流镜像

2.3 电流限制

为避免温度超过130°C（环境温度25°C），需将峰值电流保持在1.6 A RMS以下。

3. 电源连接器与编码

DRV8251/AEVM使用单个接头为评估板供电，板载3.3 V稳压器为MSP430供电。评估模块的最小推荐VM电压为4.5 V，最大电压取决于安装的具体设备。

3.1 编程注意事项

如果要通过外部eZ-FET™仿真工具更改固件，请勿在编程时向EVM的VM连接器供电。eZ-FET™板在连接到J6连接器时会提供编程所需的电源。编程时，需将一个四针斜角公头焊接到Launchpad的J21上，并移除U1 MCU。

3.2 自定义固件编程步骤

1. 打开Code Composer Studio（CCS），若为新手可查看用户手册或访问dev.ti.com/tirex查看代码示例。
2. 连接电源电缆到EVM，将USB电缆连接到LaunchPad和计算机，通过LP的J21连接器和EVM的J6连接LaunchPad和EVM，并确保LP的J13上有“TST”、“RST”、“V+”和“GND”跳线。
3. 准备好要烧录到MCU的代码后，点击窗口左上角的“Debug”图标。
4. 若编译和链接无问题，窗口左上角会出现“Play”按钮，点击运行程序。若遇到错误，可在e2e.ti.com上发帖寻求帮助。
5. 完成编程后，可将EVM从LaunchPad断开。

4. 组件描述

4.1 连接器与组件功能

连接器/组件	功能
J1	主电源连接器
J3	电机连接
J4	信号头测试点
J6	用于连接LaunchPad的接头
VREF	用于VREF调整的电位器
3.3 V	3.3 V LDO测试点
IN1 PWM	用于VREF调整的电位器
GND	主接地

4.2 电位器功能

• Pot1：控制进入IN1的PWM信号，顺时针旋转可将占空比从0%增加到100%。
• Pot2：控制进入IN2的PWM信号，顺时针旋转可将占空比从0%增加到100%。
• VREF电位器：控制VREF设置，顺时针旋转可逐渐增加VREF值，最大可达3.3 V。VREF负责电流调节阈值，逆时针旋转可降低该阈值。

4.3 测试点功能

• IN1和IN2测试点：显示来自微控制器的PWM信号，需参考板上贴纸正确识别。
• Vsense/Ipropi测试点：提供与负载电流相关的电压，用于电流调节。电流和电流调节可通过相关公式计算。

5. 评估模块操作

5.1 快速启动指南

1. 将POT1、POT2和VREF逆时针旋转到底。
2. 将电源连接到连接器J1，J1为正极端子，GND为负极端子。
3. 根据负载设置电源电压，不超过设备的最大限制（DRV8231系列为33 V）。
4. 启用电源，状态LED D1（左下角绿色LED）应点亮。
5. 禁用电源，将负载连接到J3。
6. 重新启用电源。
7. 将VREF电位器顺时针旋转到底，使Itrip达到最大值。
8. 顺时针旋转“POT1”（丝印标记为“IN1_PWM”），电机应开始旋转，且速度随电位器顺时针旋转而增加。
9. 缓慢逆时针旋转VREF电位器，同时探测VREF测试点，可设置VREF以进行电流调节。若不需要电流调节，可将VREF保持在顺时针最大位置。
10. 将“IN1_PWM”电位器逆时针旋转到底，电机应停止转动。
11. 顺时针旋转“IN2_PWM”电位器，电机应朝与步骤9相反的方向旋转。

5.2 H桥控制

IN1	IN2	OUT1	OUT2	描述
0	0	High-Z	High-Z	滑行；H桥禁用至高阻态（1 ms后进入睡眠状态）
0	1	L	H	反转（电流从OUT2流向OUT1）
1	0	H	L	正转（电流从OUT1流向OUT2）
1	1	L	L	制动；低侧缓慢衰减

输入可以设置为静态电压以实现100%占空比驱动，也可以进行脉冲宽度调制（PWM）以实现可变电机速度。使用PWM时，在驱动和制动之间切换通常效果最佳。此外，还可以使用滑行模式（IN1 = 0，IN2 = 0）实现快速电流衰减。输入引脚可以在施加VM之前供电。

5.3 电流传感与电流调节细节

• DRV8251AEVM和DRV8231AEVM：IPROPI引脚的内部电流镜像架构实现了电流传感和调节，无需大型功率分流电阻，节省了电路板面积并降低了系统成本。IPROPI电流传感输出允许微控制器检测电机失速或负载条件的变化。VREF确定启动和失速事件期间的电流调节阈值，无需微控制器干预。
• DRV8251EVM和DRV8231EVM：具有集成电流调节功能，通过比较模拟输入VREF和ISEN引脚的电压（与通过外部传感电阻的电机电流成正比）来实现。将电流限制在已知水平可以显著降低系统功率要求和维持稳定电压所需的大容量电容，特别是在电机启动和失速条件下。

电流调节取决于Itrip阈值，超过该阈值设备将进入电流调节状态。该阈值可通过VREF电位器调整，计算公式为： [I{TRIP }(A)=frac{VREF(V)}{A{v} × R{ISEN }(Omega)}=frac{VREF(V)}{10 × R{ISEN }(Omega)}]

6. 支持的电机驱动器的拆卸与安装

EVM可以支持DRV8251/DRV8251A/DRV8231/DRV8231A设备。以下是拆卸和安装不同驱动器的步骤：

1. 断开EVM的电源。
2. 小心地从PCB上拆除设备，遵循正确的焊接和ESD保护程序，防止损坏EVM。
3. 小心地将新设备焊接到EVM上，可从ti.com或任何授权第三方供应商购买所需的驱动器。
4. EVM使用电阻组合来识别板上安装的设备。
5. 固件的功能会根据板上的设备略有不同，安装新设备后，确保安装适当的电阻。

不同设备切换时的焊接程序如下：	新安装的设备	焊接程序
8251切换到8251A	• 将设备焊接到U2焊盘，确保设备的引脚1与PCB上的点对齐 • 移除C6、R5、R7、R8、R13、R14和U2 • 用0欧姆电阻填充R4和R7 • 用1.5 k欧姆电阻填充R5
8251A切换到8251	• 将设备焊接到U2焊盘，确保设备的引脚1与PCB上的点对齐 • 移除R4、R5和R7 • 用0欧姆电阻填充R5和R14 • 用0.15欧姆电阻填充R7 • 用0.1 uF电容填充C6 • 用1 k欧姆电阻填充R8 • 用4.02 k欧姆电阻填充R13 • 用TLV9001IDCKR填充U4

由于DRV8231系列与DRV8251系列引脚兼容，因此在DRV8231和DRV8231A之间切换的步骤与DRV8251和8251A之间的切换步骤相同。但要注意电压差异的警告。

7. 总结

DRV8251/AEVM评估模块为电子工程师提供了一个方便的平台，用于评估DRV82X1系列电机驱动器。通过了解其硬件实现、操作方法和注意事项，我们可以更好地利用该模块进行电机驱动的测试和验证。在实际应用中，我们还需要根据具体需求进行适当的调整和优化，以确保系统的性能和稳定性。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。