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无绳电动工具的不二之选——英飞凌EVAL_SSO8_1KW_BLDC评测
发布时间:2015-06-30
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无绳电动工具的不二之选——英飞凌EVAL_SSO8_1KW_BLDC评测
发布时间:2015-06-30
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这段时间,在神州大陆上,小牛N1电动车算是彻底火了一把,笔者前天有幸接触了一辆,看了半天说明,给人印象最深的是锂电池有多大,电机有多好,但似乎没有谈过电动车的核心控制,电机驱动这部分的东西。其实说穿了,习惯了硬件思维的笔者倒认为,电机的核心控制驱动电路才是最重要的,好的电机控制驱动能大大提升效率,延长电池的续航时间,例如,爱板网前段时间就评测过一款高功率的电机驱动板(评测),它同样可以适用于电动车领域,想了解详细的可以参考下面的评测。

而最近爱板网又拿到了英飞凌推出的一款1kW功率的无刷直流电机控制驱动方案——EVAL_SSO8_1KW_BLDC,相较而言,功率不是太高,适用于无绳类的电机控制驱动应用,如电动工具等。

如下图所示,EVAL_SSO8_1KW_BLDC产品包装够有范,像一个专业的工具箱,内部的配件也是够让人觉得不可思议的。

怎么说呢?粗看下来有些杂乱,但是实际内部配件的“脉络”很清晰、也很很简单:

  • 一块电机驱动板EVAL_SSO8_1KW_BLDC
  • 一个资料U盘
  • 一根USB转串口线,以及一根可供DIY的排线

配件介绍完毕,基本没什么特别能让人惊奇的东西,我们还是主要来看看英飞凌的这块电机驱动主板EVAL_SSO8_1KW_BLDC的情况。

EVAL_SSO8_1KW_BLDC

第一眼看下来,主板给人的感觉很小巧,实际测量的结果是只有9cm*3.6cm*1cm,还不如一张名片大。如果你再仔细观察,就会惊奇的发现板卡设计者的用心,EVAL_SSO8_1KW_BLDC在PCB Layout的时候,将主板的电机控制部分、驱动部分以及滤波部分分别划分开来,无论是对板卡的布局、DIY都提供了便利的条件,如下图所示。

EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板一些简单的特性:(下一页

  • 主控制器:英飞凌XMC1302
  • 3相BLDC驱动电路:半桥栅极驱动IC2EDL05N06PF数据手册、低压功率MOS管(BSC010N04LSI数据手册、SuperSO8封装)
  • 额定输入电压:20VDC、持续输出电流50A、峰值输出电流达200A

电机驱动控制开发板推荐:

EVAL_SSO8_1KW_BLDC的实物板卡上粗看下来我们可能对于板载电路的理解不够透彻,事实上,如果组成一个完整的应用,我们还需要电机的配合,如下图硬件框图所示。

英飞凌XMC1302微控制器+英飞凌半桥驱动IC 2EDL05N06PF+英飞凌 BSC010N04LSI MOS管组成的半桥电路是整个EVAL_SSO8_1KW_BLDC电机驱动方案的核心。

当然,如果要详细了解EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板,我们还是要花费一些功夫的,首先从开发板的主控部分来看。

  • 控制部分

EVAL_SSO8_1KW_BLDC板卡的主控部分基于英飞凌自家的XMC1302微控制器,对于英飞凌家族的XMC1000系列微控制器,大家都应该不是太陌生,它主要基于ARM Cortex-M0内核,包括3个产品系列:其中XMC1100系列属于入门型产品,XMC1200系列主要用于LED显示和交互控制,而XMC1300系列主要用于实时控制如马达驱动等,比如此时笔者手上的这块EVAL_SSO8_1KW_BLDC板卡。

XMC1302微控制器特性:

  • 基于32位ARM Cortex-M0处理器,8KB on-chip ROM、16KB SRAM、200KB Flash
  • 两个通用串行接口通道(USIC):可用作UART、SPI、I2C、I2S、LIN接口
  • AD转换、3个模拟比较器、温度传感器
  • 工业控制外设:CCU4、CCU8、POSIF、BCCU
  • 系统控制单元:WDT、RTC、SCU(用于系统配置和控制)

对于英飞凌面向电机控制领域的微控制器,其内部有许多特殊的单元,如XMC1302中介绍的CCU4,这是主要用于通用的定时器、像CCU8单元则用于电机控制和功率转换、POSIF用于Hall传感器、正交编码器以及电机的定位、BCCU单元可以用于LED的颜色以及调光应用,可以说,每种功能都有不同的独到之处,为工程师提供了便利的开发环境。

说完XMC1302微控制器,我们再来看看主控制板本身的外设接口定义,如下图所示。

主板引出的信号线包括了电机转换方向控制、调试、UART通信、Hall传感器采集等信号,配合英飞凌XMC1302微控制器,可以实现精准的电机控制。(下一页

电机驱动控制开发板推荐:

  • 驱动部分

接着我们再来看下EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板的驱动部分,实现电机驱动功能主要是通过英飞凌的半桥驱动IC 2EDL05N06PF以及功率MOS管BSC010N04LSI的组合,首先来看下背面的半桥驱动IC 2EDL05N06PF,如下图所示。

这是英飞凌2EDL家族系列的产品,在电路中的设计也非常简单,如下图所示,可以用来控制功率器件如MOS管以及IGBTs。

再来翻到电源驱动板的正面,这一面乍眼一看似乎有些“粗犷”,正面的这几个“铜块柱”可代表了不同的含义,包括电源供电的正负极,三相电机驱动的U、V、W信号,如下图所示。

而在”铜柱“下面则是板载的功率MOS器件,由12颗MOS管(BSC010N04LSI)组成的半桥驱动电路,如下图所示。

BSC010N04LSI是英飞凌OptiMOS系列的低功率MOS管,采用了SSO8封装,通态电阻值只有1.05mΩ,非常适用于同步整流、太阳能发电、服务器等应用,具体的参数如下表。

如果仔细观察原理图的话会发现在MOS管的栅极都串联着一颗100Ω的电阻,如下图所示,这是用来干什么的呢?

事实上,这些100Ω阻值的电阻在主要是用来改善电路的性能,比如增加阻值,则会增加电路损耗,降低MOS开关的速度,从而导致低压过冲,这时就需要较低的滤波电容值;相应的,如果降低阻值,则会导致增加MOS开关的速度,从而导致电路的寄生电感,引起更高的电压过冲,所以,这颗电阻值的选取要根据电路的实际需求来决定,比如EVAL_SSO8_1KW_BLDC板卡则是采用了10颗2.2uF的多层陶瓷电容来过滤高频电流。

  • 滤波部分

滤波部分就显而易见的,除了上文提到的10颗2.2uF的多层陶瓷电容,板卡还搭载了一个“巨大”的电解电容,如下图所示。

我们需要注意的是,在板卡上电使用的时候,板载的这颗大电解电容是用来滤波的,所以电源驱动的供电线(接在”铜柱“上)要尽可能的短,否则大的纹波电流可能导致这个滤波电容提前损坏,如果实在是需要使用一根长的供电线,那有必要在供电源处并联一个4700uF/50V的电容。(下一页

电机驱动控制开发板推荐:

EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发

当真正拿到英飞凌EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板的时候,我们又当该如何开始呢?首先可以通过附赠的U盘来获取资料以及IDE开发工具、下载工具等,如下图所示,英飞凌为大家提供了整套便利的资源。

EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板是基于XMC系列微控制器,英飞凌为XMC提供了专门的IDE工具DAVE,在U盘中也提供DAVE v3的版本,不过在英飞凌官网有最新的DAVE v4版本,如果有兴趣的不妨使用最新的版本,如下图所示。

不过最新的版本还是有一定的条件限制的,比如PC最少需要4GB RAM。

这条对于笔者的电脑来说就不合适,只能默默地使用DAVE v3版本。另外,在板卡实际的开发调试、工作的过程中,板卡的供电线需要自己手动焊上去,如下图所示。

由于笔者手头没有合适的电机,实际的演示只能作罢,有关使用DAVE IDE工具进行开发的步骤可以参考爱板网之前评测过的英飞凌XMC系列微控制器板卡的评测文章,本文就不再累述了。

小结

介绍了英飞凌推出的1KW电机控制驱动板EVAL_SSO8_1KW_BLDC,精致、小巧的板卡做工,板载基于ARM Cortex-M0处理器的英飞凌XMC1302系列低功耗微控制器、半桥驱动IC 2EDL05N06PF以及OptiMOS BSC010N04LSI等资源,配合英飞凌强大免费的DAVE IDE工具,工程师可以快速的上手面向1kw的电机驱动产品,如无绳电动工具等,爱板网近期也会推出相关板卡的赠送活动,有兴趣的朋友一定不能错过了。

参考资料

电机驱动控制开发板推荐:

原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载!

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讨论 (4)

讨论区
hou90yidai ·  2015-10-19
llllvvvv ·  2015-10-20

@hou90yidai:1kw肯定指最大输出功率的时候,看这个板子20V左右供电,最大输出50A的电流,估计就这么得来的

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jhcj2014 ·  2015-07-15
jhcj2014 ·  2015-07-01
jhcj2014 ·  2015-07-01