无刷电机驱动板原理图解析

硬石电机控制【一】无刷电机基本原理和硬件解析-CSDN博客

详解三相直流无刷电机驱动器硬件原理图_无刷直流电机驱动电路原理图-CSDN博客

 BLDC无刷直流电机驱动电路-硬石电子-CSDN博客

电路方案分析（二）BLDC驱动和控制电路原理图分析_fd6288无刷驱动原理图-CSDN博客

1、实物图

2、电机驱动电路组成

1.BLDC无刷直流电机驱动电路，因为BLDC是三相完全一样的驱动电路，下图为其中一相电路图，其他两相完全一样。

主要元器件：
高速光耦：TLP715
MOS管驱动IC：IR2110S
MOS：IRFS3607

(1)高速光耦：TLP715

TLP715(F)数据手册 PDF，东芝，Optocoupler Logic-Out Totem-Pole DC-IN 1CH 6Pin PDIP SMD，287KB中文资料下载 -采芯网 (findic.com)

pwm输出端前置光耦隔离，避免高压击穿单片机，原理大致如下。

TLP715 是一款光电耦合器（optocoupler），由日立公司生产。它常用于需要电气隔离的电路中，以保护敏感元件免受高电压或电流的损害，同时允许信号在隔离的电路之间传输。

• ANODE 接输入信号  
• N.C. 悬空   
• CATHODE 接510欧姆电阻接地 
• VCC 接电源正
• Vo 接输出信号  --> IR211OS的HIN引脚
• GND 接电源负

特性

1. 高速响应：TLP715 具有快速的开关速度，适合高速数据传输应用。
2. 低输入电流：需要的输入电流较低，有助于减少功耗。
3. 高隔离电压：提供较高的隔离电压，确保电路之间的电气隔离。
4. 宽温度范围：适用于广泛的温度范围，增强可靠性。

引脚配置

TLP715 通常有四个引脚：

1. 输入端阳极 (Anode)：输入侧的正极端。   
2. 输入端阴极 (Cathode)：输入侧的负极端。
3. 输出端集电极 (Collector)：输出侧的集电极。
4. 输出端发射极 (Emitter)：输出侧的发射极。

工作原理

光电耦合器的工作原理基于光电效应。当输入侧的 LED（发光二极管）接收到电流时，它会发出光线，这些光线会被输出侧的光电晶体管检测到，从而使得光电晶体管导通，允许电流从集电极流向发射极。

应用

1. 电气隔离：在高电压和低电压电路之间提供隔离，保护低电压电路免受高电压的影响。
2. 信号传输：在需要隔离的系统中传输数字或模拟信号。
3. 干扰抑制：通过隔离不同电路部分，减少电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）。
4. 电源控制：用于控制继电器或其他电源开关，实现安全的开关操作。

使用注意事项

1. 输入电流：确保输入电流不超过最大额定值，以防止 LED 损坏。
2. 隔离电压：确认所选光电耦合器的隔离电压足以满足应用需求。
3. 响应时间：对于高速应用，选择具有适当传播延迟和上升/下降时间的器件。
4. 温度范围：确保器件在工作温度范围内稳定工作。

替代品

如果 TLP715 不可用，可以考虑以下替代品：

• PC817：另一款常见的光电耦合器，具有类似的特性。
• 4N25：广泛使用的光电耦合器，兼容性好。

在选择替代品时，应仔细比较电气参数，确保满足应用需求。

总之，TLP715 是一种高性能的光电耦合器，适用于需要电气隔离和高速信号传输的各种应用。

 (2)MOS驱动IC：IR2110S

【IR2110S PDF数据手册】_中文资料_(英飞凌 Infineon)-采芯网 (findic.com)

IR2110数据手册 - 百度文库 (baidu.com)

IR2110数据手册.pdf (book118.com)

六个桥臂的驱动，我们驱动板选择的 MOS 管型号是：IRFS3607。

• IRFS3607 的 VGS(th)是4V(最大值)。我们为 IR2110S 设计的电源电压为 11V（VCC），IR2110S 的 低端驱动，即驱动 Q6 的 IRFS3607，很容易就实现 NMOS 管驱动条件。
• 对于 D2 和 D3 均是配合 R10 和 R11 快速卸掉能量，提高MOS驱动速度的。
• C8 电容则是自举电路，为VB端提供超过 VCC_PROWER 的电压，提高驱动MOS的能力，因为 NMOS 管的导通基本条件就是 VGS 大于一定的阈值电压 VGS(th)。
• 自举电路就是升压电路，简单来说在该电路中， 自举电路的作用是使得 IR2110S 高端驱动，即 IR2110S 的第 8 引脚 HO 输出信号 可以满足大于 VGS(th) 。

IR2110S 是一款高性能的半桥驱动器，由国际整流器公司（International Rectifier，现为瑞萨电子的一部分）生产。它广泛应用于电机控制、逆变器、开关电源等需要高电压和高电流驱动的领域。

主要特性

1. 高压操作：能够承受高侧和低侧驱动器的高电压，适用于功率 MOSFET 和 IGBT 的驱动。
2. 独立电源输入：高侧和低侧驱动器具有独立的电源输入，允许灵活的电源配置。
3. 米勒钳位保护：内置米勒钳位电路，防止功率开关器件的误开通。
4. 欠压锁定：具有欠压锁定功能，确保在电源电压不足时关闭驱动输出，保护功率器件。
5. 短路保护：提供输出开路和短路保护，增强系统的可靠性。
6. 高速开关：支持快速的开关转换，减少开关损耗，提高效率。

引脚配置

IR2110S 通常有 8 个引脚：

1. V_DD：高侧驱动器的电源输入。
2. V_SS：接地引脚。
3. HIN：高侧驱动器的输入信号。
4. LIN：低侧驱动器的输入信号。
5. VS：低侧驱动器的电源输入。
6. COM：功率开关器件的公共端（通常是电源的地）。
7. HO：高侧驱动器的输出。
8. LO：低侧驱动器的输出。

工作原理

IR2110S 用于驱动半桥电路中的两个功率开关器件（如 MOSFET 或 IGBT）。其工作原理如下：

1. 高侧驱动器：接收来自 HIN 的输入信号，通过内部电路将其转换为适当的驱动信号，驱动高侧的功率开关。
2. 低侧驱动器：接收来自 LIN 的输入信号，驱动低侧的功率开关。
3. 电源输入：V_DD 为高侧驱动器供电，VS 为低侧驱动器供电。
4. 米勒钳位：内置米勒钳位电路，防止高侧 MOSFET 的栅极受到米勒效应的影响而误开通。
5. 欠压锁定：当 V_DD 或 VS 的电压低于设定值时，驱动输出被禁用，保护功率器件。

应用

1. 电机控制：在三相电机的逆变器中，用于驱动功率开关器件，实现电机的矢量控制或 Scalar 控制。
2. 开关电源：在高频开关电源中，用于驱动功率 MOSFET 或 IGBT，实现高效的能量转换。
3. 光伏逆变器：在太阳能逆变器中，用于驱动功率器件，将直流电转换为交流电。
4. UPS 系统：在不间断电源系统中，用于功率模块的驱动控制。

设计注意事项

1. 电源管理：确保 V_DD 和 VS 的电源电压符合器件规格，避免过压或欠压。
2. 布线布局：合理布局驱动器和功率器件之间的连线，减少寄生电感和噪声干扰。
3. 散热设计：根据功率器件的功耗，设计适当的散热措施，确保器件工作在安全温度范围内。
4. 保护电路：添加必要的过流、过温保护电路，增强系统的可靠性。

替代品

如果 IR2110S 不可用，可以考虑以下替代品：

• IR2101：另一款半桥驱动器，特性相似，可能需要根据具体参数进行适配。
• L6206：STMicroelectronics 生产的半桥驱动器，具有类似的功能。

在选择替代品时，应仔细比较电气参数，确保满足应用需求。

总之，IR2110S 是一种强大的半桥驱动器，适用于各种功率电子应用，其高电压耐受能力和高性能特性使其成为设计者的重要选择。

(3)OPA4171 相电流采样电路 

运算放大器(运放)同相放大器电路_运放同向放大器-CSDN博客

OPA4171AQPWRQ1中文资料_数据手册_规格书_TI-ICPDF网

电压、电流采样电路设计及放大倍数计算 - 知乎 (zhihu.com)

【OPA4171AIPW PDF数据手册】_中文资料_引脚图及功能_(德州仪器 TI)-采芯网 (findic.com)

 一个4.02放大倍数的运放，供无感采集使用。其中 R32 上携带了 1.65V 的偏置电压。C16电容供滤波使用等。

OPA4171 是一款精密运算放大器，具有低噪声、低失调电压和宽电源电压范围等特性，非常适合用于高精度的信号调理和电流采样电路中。在电机控制、逆变器、开关电源等应用中，相电流采样电路用于检测电机的相电流，以便进行电流闭环控制。

OPA4171 的主要特性

1. 低失调电压：OPA4171 的失调电压非常低，适用于需要高精度的电流采样电路。
2. 低噪声：具有较低的噪声水平，适合对电流信号进行精确放大。
3. 宽电源电压范围：支持单电源和双电源操作（范围通常为 +/-2.25V 到 +/-18V 或 +4.5V 到 +36V），适用于多种应用场景。
4. 轨到轨输出：输出电压可以接近电源轨，提供更大的输出动态范围。
5. 低输入偏置电流：输入偏置电流很小，减少了对采样电阻的影响。

相电流采样电路的设计

在电机控制中，相电流采样电路通常用于检测电机的相电流，并将其转换为可处理的电压信号，以便进行闭环控制。以下是一个典型的基于 OPA4171 的相电流采样电路设计：

1. 基本电路结构

• 采样电阻（R_S）：安装在电机相线上，用于将电流转换为电压。电阻值的选择应根据最大电流和运放的输入范围来确定。

  VRS=Iphase×RSVRS​=Iphase​×RS​

• 运算放大器：OPA4171 用于放大采样电阻上的电压信号，并提供电气隔离和信号调理。

• 反馈网络：通常包括电阻和电容，用于设置放大倍数和滤波。

2. 电路原理

• 差分放大器配置：OPA4171 可以配置为差分放大器，放大采样电阻上的电压差。

  Vout=(VRS+−VRS−)×RfRinVout​=(VRS+​−VRS−​)×Rin​Rf​​

  • V_{RS+} \) 和 \( V_{RS-} \) 分别是采样电阻两端的电压。

• 滤波：可以在反馈网络中添加电容，形成低通滤波器，以减少高频噪声。

3. 典型电路连接

• 输入端：采样电阻的一端连接到 OPA4171 的正输入端（+），另一端连接到负输入端（-）。
• 反馈电阻：从输出端连接到负输入端，设置放大倍数。
• 电源连接：OPA4171 的正电源（V_DD）和负电源（V_SS）分别连接到电源轨，确保运放正常工作。

电路设计注意事项

1. 采样电阻的选择：

   • 功率耗散：采样电阻的功率耗散应小于其额定功率。
   • 电阻值：电阻值应根据电机最大电流和运放的输入范围来选择。

2. 放大倍数的设置：

   • 反馈电阻 RfRf​ 和输入电阻 RinRin​ 的选择应确保输出电压在运放的线性范围内。

3. 滤波设计：

   • 根据系统噪声和带宽要求，设计合适的滤波器，避免高频噪声干扰。

4. 电源管理：

   • 确保运放的电源电压稳定，避免因电源噪声引起的信号失真。

应用示例

在电机控制系统中，相电流采样电路可以用于：

1. 电流闭环控制：通过对相电流的实时采样和反馈，实现电流闭环控制，提高系统响应速度和稳定性。
2. 过流保护：通过实时检测相电流，当电流超过设定值时，触发保护机制，防止电机和功率器件损坏。
3. 效率优化：通过精确的电流控制，提高系统的整体效率。

总结

OPA4171 作为一个高精度运算放大器，非常适合用于电机控制中的相电流采样电路。通过合理的设计，可以实现高精度的电流检测，为系统的闭环控制和保护提供可靠的信号。在设计过程中，需要注意采样电阻的选择、放大倍数的设置以及滤波器的设计，以确保电路的精度和稳定性。

(4)霍尔传感器接口电路

霍尔传感器接口电路，这只做一些简单的上拉和滤波处理，很多情况下上拉电阻是必须的，这个一般电机厂家有特别的说明。为合适 STM32 开发板电平要求，采用 3.3V 的上拉。

其中霍尔信号经过 74LVC3G17 提供三个带施密特触发器输入的非反相缓冲器。该器件能够将缓慢变化的输入信号转换成清晰无抖动的输出信号。
 

1）74LVC3G17

74LVC3G17GS中文资料_数据手册_规格书_NEXPERIA-ICPDF网

【SN74LVC3G17DCUR PDF数据手册】_中文资料_引脚图及功能_(德州仪器 TI)-采芯网 (findic.com)

74LVC3G17 是一款低电压 CMOS 逻辑门芯片，属于 74LVC 系列。该系列器件具有低功耗、高速度和宽工作电压范围等特点，适用于多种数字逻辑应用。

主要特性

1. 低电压操作：支持低至 1.2V 的工作电压，适用于低功耗系统。
2. 宽工作电压范围：通常可在 1.2V 至 5.5V 的电压范围内工作。
3. 高速度：具有较快的传输延迟时间，适合高速数字逻辑应用。
4. 低功耗：在低电压下工作时，功耗较低。
5. 输出驱动能力：能够驱动多个逻辑门或负载。

管脚配置

74LVC3G17 是一个三输入与非门（3-input NAND gate），具有五个引脚：

1. V_CC：电源正极。
2. GND：接地。
3. A、B、C：三个输入端。
4. Y：输出端。

应用

1. 数字逻辑设计：用于构建各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。
2. 接口电路：作为电平转换或缓冲器，用于不同电压域之间的信号传输。
3. 控制系统：在微控制器或处理器系统中，用于信号处理和控制逻辑。

设计注意事项

1. 电源电压：确保工作电压在器件规定的范围内，以保证正常工作。
2. 负载能力：根据输出负载的大小，选择合适的器件或添加缓冲级。
3. 噪声抑制：在高噪声环境下，采取适当的滤波和接地措施，以减少噪声干扰。
4. 上拉和下拉电阻：在某些应用中，可能需要外接上拉或下拉电阻来确保输入端的稳定状态。

替代品

如果 74LVC3G17 不可用，可以考虑以下替代品：

• 74LVC1G04：单个反相器，如果只需要反相功能。
• 74LVC1G32：单个二输入或门。
• 74LVC2G00：双二输入与非门。

在选择替代品时，需要根据具体逻辑功能和电路需求进行选择，并确保替代品的电气特性符合系统要求。

总之，74LVC3G17 是一款适用于低电压、高速度数字逻辑应用的与非门芯片，其多功能性和低功耗特性使其在现代电子系统中得到广泛应用。

2）AM26C32IDR

 AM26C32IDRE4中文资料_数据手册_规格书_TI-ICPDF网

【AM26C32IPWR PDF数据手册】_中文资料_引脚图及功能_(德州仪器 TI)-采芯网 (findic.com)

TEXAS INSTRUMENTS德州仪器AM26LV32CAM26LV32I 数据手册.PDF-原创力文档 (book118.com) 

(5)电压转化电路

硬石电机控制【一】无刷电机基本原理和硬件解析-CSDN博客

• 这里用到 11V 和 5V 电源，我们这里有 3.3V 电源。
• 11V 电源使用 DC-DC 芯片 TPS54360 得到，该芯片最大输入电压为 60V， 最大电流为 3.5A，
• 这样使得我们驱动板可以兼容 12V、24V、36V、48V 和 60V 的 电机驱动，大大增加驱动板的应用范围。
• 5V 电源由 LM2359 芯片得到，
• 3.3V 使 用 AMS1117-3.3 得到。