集成电机驱动方案（STM32+DRV8841）

小鱼儿 2022-01-27 10:23 612阅读 0赞

以前的博客中介绍过一款分立元器件实现的H桥的[博文][Link 1]，现在提供一个更简单的单芯片方案。  
驱动电路主要由一款DRV8841芯片组成，它是一个集成的电机驱动解决方案，内置两个功率NMOS H桥，可通过PWM驱动两个直流电机，或者一个步进电机。它还集成了电流感知、调节电路与保护装置，支持过热、过电流与欠压保护，并且自带最大3.75us的死区。电机电压支持8.2V到45V，最大电流为2.5A。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
主要的原理图如下  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
我使用的控制芯片是STM32F405RGT6，引脚连接关系如下

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>网络标号</th> 
   <th>引脚</th> 
   <th>功能</th> 
   <th>备注</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>MAP</td> 
   <td>PC6</td> 
   <td>桥A输入1</td> 
   <td>MAOP的控制端，内部下拉，与单片机T8C1连接（Timer8的通道1）。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAN</td> 
   <td>PC7</td> 
   <td>桥A输入2</td> 
   <td>MAON的控制端，内部下拉，与单片机T8C2连接。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MBP</td> 
   <td>PC8</td> 
   <td>桥B输入1</td> 
   <td>MBOP的控制端，内部下拉，与单片机T8C3连接。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MBN</td> 
   <td>PC9</td> 
   <td>桥B输入2</td> 
   <td>MBON的控制端，内部下拉，与单片机T8C4连接。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DECAY</td> 
   <td>PB6</td> 
   <td>衰减模式</td> 
   <td>过流时有用，默认为低电平慢速衰减。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>nSLEEP</td> 
   <td>PB8</td> 
   <td>休眠模式输入</td> 
   <td>高电平启用设备，低电平休眠模式，内部下拉。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>nRESET</td> 
   <td>PB9</td> 
   <td>复位输入</td> 
   <td>低电平复位，会初始化内部逻辑，关闭H桥输出，内部下拉</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>nFAULT</td> 
   <td>PB7</td> 
   <td>错误输出</td> 
   <td>发生温度过高、电流过大时输出低电平。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAOP</td> 
   <td>电机A</td> 
   <td>桥A输出1</td> 
   <td>接电机A一端</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MAON</td> 
   <td>电机A</td> 
   <td>桥A输出2</td> 
   <td>接电机A另一端</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MBOP</td> 
   <td>电机B</td> 
   <td>桥B输出1</td> 
   <td>接电机B一端</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MBON</td> 
   <td>电机B</td> 
   <td>桥B输出2</td> 
   <td>接电机B另一端</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>VCC_MOTOR</td> 
   <td>电源</td> 
   <td>电机电源</td> 
   <td>电机驱动板配套24V</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>MGND</td> 
   <td>模拟地</td> 
   <td>电机接地</td> 
   <td>此地可能有干扰，要做处理</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

下两图说明了如何通过AIN1与AIN2引脚来控制电机的正反转。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
因此，如果想让电机全速“正转”（姑且规定电流从AOUT1流入AOUT2时，电机为正转\[面向安装孔，顺时针为正\]），只需AIN2始终保持低电平，AIN1始终保持高电平；如果希望电机转速可调，则AIN1可以通过脉冲宽度调制，在一个很小的周期内，如果AIN1高电平持续的时间为60%，那么对于电机来说，它感受到的平均电压就是24\*0.6=14.4V，转速相比24V当然会慢一些。  
在H桥驱动电机的电路中，绝对不可以把同侧桥臂的上下半桥同时打开，否则可能会导致板子烧坏。实际上单片机引脚翻转速度极快，而MOS管与电机切换状态都存在延时，导致从程序命令某半桥关断，到实际关断，有一段时间的延迟。在延迟期间，如果上半桥正在关闭，则下半桥暂时还不能打开，直到上半桥完全关闭，下半桥才能打开。中间等待的这段时间，就是死区时间。死区时间与硬件密切相关，不同电机与不同MOS管的死区时间都不一样  
一般情况下，STM32控制电机的项目会用到高级定时器Timer1或Timer8，输出嵌入死区的互补PWM，即定时器输出的PWM已经带有死区功能。但电机驱动板中，由于驱动芯片DRV8841自带了死区功能，所以不必再编写死区的代码。  
根据手册，DRV8841带的死区时间（在手册中的说法其实叫做Blanking Time，应该叫做消失时间）为3.75us。实际也可以通过示波器测出，从单片机引脚电平下降，到实际电机P端电压下降，用时约2us。即3.75us的死区时间对于此系统是足够的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/geek_monkey/article/details/82079435#comments
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