WPI-250W 低壓馬達 EVM 介紹

關鍵字 :BLDC Motor FOC evm wpi 開發板溫度感測器 mosfet mcu 電源供應器

一、前言

本文介紹了一款由 WPI 設計的 250 瓦電機開發板。這個開發板旨在為電機控制和應用開發提供一個強大而靈活的平台。電機控制在許多領域中發揮著關鍵作用，包括工業自動化、機械設備、電動車輛等。我在設計這個開發板時注重實用性、可擴展性和高性能，旨在為開發人員和工程師提供一個優秀的工具來探索電機控制的各個方面。

二、EVM 的規格及優勢

EVM 規格 :
1. 輸入電壓 / 額定電流： AC 24~48V / 5.2A。
2. 額定功率： 250W。
EVM 優勢 :
1. 以控制卡搭配驅動板的使用方式呈現，控制卡可獨立使用，透過更換控制卡的方式進行 MCU的更換，不需要額外調整驅動電路。( 上圖，搭配的控制卡為AT32F413RBT7。 )
2. 獨立電源區塊，可採用板上降壓電路，也可由外部電源供應器提供，方便於開發中的檢測。
3. 內建 Encoder 差動訊號處理、Hall Sensor 濾波電路。
4. 支持單電阻 / 雙電阻 / 三電阻電流採樣檢測。
5. 具溫度感測器，能實時監測使否過溫
6. 上下臂防止同時導通保護的邏輯 IC，可避免短路時電流過大導致元件損毀
7. 可使用 jump disable 單組 pwm 輸出，方便工程師除錯

三、EVM 框架圖

在 250W 低壓電機的框架中可看到，大致上可分為四大塊：
1. Power－分為橋整與降壓兩個部分。這張EVM可提供15V、5V、3V DC，供功率元件、MCU、通訊元件所使用。
2. MCU－目前支援 Artery AT32F413 系列控制卡。
3. Power Module－電機驅動元件，大多以 Gate Driver 搭配 MOSFET 或是 IPM 為主。
4. Sensor－主要以 Current Shunt、OP放大器、溫度感測器為主。

四、EVM 用料介紹

Buck Converter ( 15V to 5V )：採用 SGMICRO SGM61220XTN6G，4.8~28V DC 輸入電壓、 0~6V DC 輸出、2000mA 輸出電流。選料時，通常會先參考其他元件的運行電流，計算轉換效率後，依照電流、電壓進行選擇。
Regulator ( 5V to 3.3V )：採用 ONSEMI NCP5501DT33RKG，2.5~16V DC 輸入電壓、3.3V DC 輸出電壓、500mA輸出電流。選料時，僅需要考慮板子上使用 3.3V 工作電壓的元件電流總和。
Operation Amplifier：採用 ONSEMI NCS20166，10 MHz 增益帶寬、最大為 550 mV 偏移電壓、3 V 至 5.5 V 供電電壓、最大為 1.55 mA 靜態電流。
Current Shunt：採用 VISHAY WFMA2512R0200FEA，0.02ohm、3W。選料時，需要考慮到放大倍率與 MCU ADC 精度的平衡。
Differential signal processing：採用 MAXLINEAR SP26LV432，可提供四組差動訊號處理。用料的選擇可依照 Encoder 的輸入訊號數量進行選擇。
NAND Gate : 採用 ONSEMI MC74VHCT00A，高速 : 5ns at Vcc = 5V、低能源損耗 : Icc = 2uA 當溫度 25 度時。可以防止 PWM 輸出同時為高電位。
MOSFET : 採用 ONSEMI NTMFS10N7D2C，100 V、78 A、7.2 mohm。
Gate Driver : 採用 ONSEMI NCP51530，可達 700V、60ns 傳輸延遲、15ns 切換時間。