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[参考译文] TM4C123GH6PM:采用 TM4C123GH6PM 和 DRV8801#39的电路的电源架构设计

Guru**** 2455360 points
Other Parts Discussed in Thread: TM4C123GH6PM, DRV8801

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/arm-based-microcontrollers-group/arm-based-microcontrollers/f/arm-based-microcontrollers-forum/639078/tm4c123gh6pm-power-supply-architecture-design-for-circuit-with-tm4c123gh6pm-and-drv8801-s

器件型号:TM4C123GH6PM
主题中讨论的其他器件: DRV8801

您好!

我设计了一个具有 TM4C123GH6PM 和2个 DRV8801的定制板。 我之前在 https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/tiva_arm/f/908/p/633837/2343957上发布了我的设计

基本上、我是通过7.5至8.4伏的2S 电池组为我的电路供电。 我必须分配功率、以便能够为 DRV8801和 MCU 供电、从而使用开关电源。 我必须确保 MCU 电源没有反向电压、如果电机瞬间驱动过大、浪涌不会导致 MCU 电源压降。

因此、我设计了以下电路:

在这个设置中、电机驱动器都不会导致反向电压、也不会由于 D2而导致压降。 我缺少什么吗? 我应该使用哪种二极管。 D1可能需要能够承受几安培的电流、D2可能要小得多、并且两者都需要具有低压降电压。 原理图将其标记为1N4004、但这可能不是正确的。

我还想知道我是否可以在这个方案中使用一个0V 压降理想二极管电路。 该电路的优点是具有0V 压降。 它在 Raspberry PI 中使用、我从 GitHub 获得了它们、如下所示。

但是我不知道它是否可以用于此目的、因为它的电流和反向噪声很高。

存在二极管电路:

(参考: https://github.com/raspberrypi/hats/blob/master/zvd-circuit.png 

此致、

C.

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    我认为、肖特基二极管-额定值大于等于/大约为3A (或更高-正如 DRV 要求)-在"压降/响应速度"和额定电流方面都将是出色的。

    话虽如此-考虑电机驱动器(两者中的任何一个)(靠近)对地短路的情况。   与电池串联的二极管不会将电池拉至接地上方的"二极管压降"?   (您知道(假设的)锂离子电池消耗过多(持续)电流的后果-您不知道吗?)

    这些 DRV 是否符合在这种"低压"输入条件下的性能规格?

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    DRV8801数据表显示它具有电源短路保护、接地短路保护以及其他保护。 此外、它们还可在最低5V 电压下工作。

    嗯、如果驱动器短路、如果二极管没有出现、它会将电池拉至不高于接地的二极管压降、而是接地、这是最坏的情况吗? 我是否需要其他保护方案、如多保险丝或正常保险丝?

    drv8801的预期反电动势是多少? 当然、它可能会因制动等情况而发生变化、但 drv8801可能具有某种保护? 也许我应该这样做、器件型号为 drv8801?

    此致、
    C.
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    一些想法

    • 在这种环境中、您需要在 D2处理噪声尖峰后进行额外的滤波。 请记住、除了阻断二极管外、还会有一个关联的寄生电容器。
    • 此外、在您的保持电容器之外、D1之后的过压保护也很有用。
    • D1需要具有高耐受电压。 您不仅具有重新稳压电压、而且还具有流经电机的重新稳压电流、该电流实际上是一个电感器。 电压将会升高、这仅仅是因为电流需要有限的时间才能降至零(并相应地降低制动扭矩)。 可以通过在 regen 区域(即无制动扭矩)进行有限或无操作或添加过压(制动)电路来减少这种情况、从而将电压保持在特定电平以下。

    我怀疑 D1的唯一真正需求是在您无法正确控制寄存器的情况下保护您的电源。 D2可保护您的微电源免受电机需求的影响、D2之后您应该已经具备的过压保护应该可以防止其重新稳压。 这种滤波要求通常要低得多、因为它所处理的电流比电机小得多。 您的电池应充当缓冲器以保持 regen 电压不变(增加运行时间作为一项侧向优势)、但正如 CB1所指出的、您确实需要观察峰值电流。

    该电路将关闭 FET 的有限速度

    1. FET +整体式体二极管的寄生电容可能比单独的二极管高。

    BTW 很少需要使用开关电源来驱动电机。

    Robert

    您可以在初始测试中使用更宽容的化学物质

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    感谢 Robert、

    这很有帮助。 我想、我必须转到试验电路板、并使用我的示波器测量物体。

    我不打算使用开关电源来驱动电机、而是直接使用电池驱动二极管。

    如何在 D1之后提供过压保护? 以及需要什么样的滤波来处理 D2之后的噪声尖峰。

    此致、
    CAN
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    除了建议的保护措施之外-我们已经完成的大多数电池供电设计(最近的无绳电动工具)还采用了快速动作的"限流功能"以及"温度限制"(在电池上感应),这证明在锂电池使用 时特别重要... 电机驱动器不涵盖该范围。   进一步请注意、虽然您列出了"DRV 保护"- DRV 是否应发生故障或陷入困境-是否应单独依赖 DRV 保护?   (在这些条件下,“保护”是否不可能“离开建筑物”?)

    虽然购买"折扣"锂电池很诱人-有四家主要(更合适)锂电池供应商-没有一家极具吸引力的折扣提供其产品!

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    您好!

    是的、我完全了解这一点。 我之前在之前的设计中使用了一个快速熔丝、但后来购买了一些多熔丝并对其进行了测试、我发现它们很慢并在电流路径上施加了电阻。 快速保险丝的问题在于它被焊接、一旦熔断、就必须用焊铁代替。 在此设计中、我想使用可更换的经典导线保险丝。 基本上、我没有来了解设计的这一部分。

    是否存在电池温度限制问题、而不使用 MCU 进行测量并作出反应? 像模拟方式?

    当我尝试实施最佳的学习设计实践时、我不打算设计一款可供销售的产品、而只是一个开源套件。 我知道在器件上放置锂离子电池是一项责任。 我了解一些电池制造商如何对其产品进行超规格的设计、我通常会得到 Panasonic。 [甚至还有这个被称为" surefire "的品牌、这些品牌被严重夸大了、因此、您肯定可以期待一场大火]

    谢谢、
    C.
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    保险丝证明"太慢了"、而且"被迫更换"既昂贵又令人不愉快。   通过 MCU 监控或简单的模拟电路测量可以避免这两种情况。  (可通过 MCU 或"仅模拟"方法实现电流限制和温度监控/限制。)

    最简单的术语-监控电池电流(通常转换为电压)、通过正确选择/放置的温度传感器(可能提供模拟或数字输出)以及超过预分配的"跳闸点"时-您将终止电源的输出!    要实现这一点的电路应采用"噪声电阻"、但要快速"减少甚至中断"下游(电源要求苛刻)电路的电源。

    MCU 现在包含模拟电压比较器、其跳变速度远快于内部 ADC、并且可能满足您的保护要求。   (传统的模拟比较  器也可能发挥这种作用)这种方法的"优点"、"既不会造成损坏、也不会造成替换"!   (输出功率将被移除、直到"w/in range (Acceptable)"条件返回。)

    现在不适合您-但行业标准是"逐周期"电流限制-在该限制中、过流"会杀死该特定的 PWM 周期"-并且在最幸运的情况下-这(可能)会清除问题-然后下一个周期可能会"正常启动!   如果"故障"持续存在-输出保持"静音"。

    您"通常得到"的锂电池供应商是由巨人"批准"的供应商-他们拥有进行适当鉴定的资源。

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    好的、非常清楚。 我强调 MCU 控制的原因是 MCU 或软件可能出现故障。 因此、我可能会使用模拟方式。
    此致。
    c.
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    如果发生这种情况(MCU/SW 故障)、"缺少定期发生的 MCU 信号"证明足以"关闭!"
    请注意、某些(几个)"审批机构"在测试期间享受"禁用 MCU"-"LOS"(信号丢失)方法(如上所示)可避免产品被拒绝...

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    好的、LOS 方法是 MCU 计算某个值并输出信号、如果信号不存在、器件将关断、对吧?
    再次感谢、
    c.
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    它可以是一个计算-通常是"循环 MCU/传感器运行状况检查"、如果通过/通过时-一个独特的输出脉冲(这是必需的)防止输出级"关闭"。
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    [引用 user="can altineller"]是否存在电池温度限制问题、而不使用 MCU 进行测量并作出反应? [/报价]

    Raychem 使器件能够实现这一目的。

    保险丝通常是这样、但与3AG 保险丝相比、PTC "保险丝"对更低温度变化的响应更为明显。 因此、器件 Raychem 制造商不仅对电流做出反应、而且对电池组的温度做出反应。 这些器件设计为安装在电池组内、以便与电池保持良好的热接触。

    我没有使用过它们、但它们可能值得检查、尽管正如您指出的、它们的电阻比标准保险丝更高(并且中断额定值更低)。

    Robert

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    [引用 user="can altineller"]ok、LOS 方法是 MCU 计算某个值并输出信号、如果信号不存在、器件将关断、对吧? [/报价]

    这可能非常简单、从 CB1呈现的逐周期简单到简单(如果您将其馈送到微中断中、它还允许 SW 响应、避免处于极限值)。

    稍微复杂但仍然简单的(只有几个逻辑门)是具有硬件限制、但会锁存、直到您接收到来自微控制器的清晰脉冲(类似于高电平的东西会清除锁存器并禁用输出、低电平会启用输出、但会启用锁存器)。 这可确保微控制器必须运行以识别过流信号并对其做出适当响应。 如果它不运行、那么即使 PWM 外设运行、而微控制器不运行、输出也会保持锁存状态。

    Robert

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    您好!

    在搜索 DRV8801相关图像时、我偶然发现了该原理图。

    电机输出连接到那些在特定电压下断开的 SMB20A 瞬态电压抑制器。

    这是否会构成良好的过压限制方式? 因此、电机的反电动势永远不会超过 smb20的击穿电压、该电压大约为20V?

    这一点尤其重要、因为如果我能够限制该线路的电压、那么我就不必使用降额电容器。 我通常使用63V 电容器、它会变得越来越大且笨重。

    此致、

    C.

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    [引用 USER="CAN altineller">电机输出连接到那些在一定电压下发生故障的 SMB20A 瞬态电压抑制器。   这是否会构成良好的过压限制方式? [/报价]

    您的电机"始终"会被限制在这样的"低电压吗?"   (如您所示、20V)  以及-这些"器件"攻击是否足够快且精度足够高-以保护敏感电路?   

    "63V 电容器"的这种"常见"使用可能表示"重新思考"-实际上、这种器件-当不需要该电压电平时-提取(两者)尺寸和成本代价!

    您的目标是什么类型的电机-您是如何"获得@ DRV 作为"最佳驱动"选择的?

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    [引用 user="can altineller"]、这是否构成了良好的过压限制方式? 因此、电机的反电动势可能永远不会超过 smb20的击穿电压、该电压大约为20V?[/quot]

    这取决于电机的大小。 最坏的情况是、其中一个转矩必须吸收全部制动能量(旋转电机和连接质量中的所有能量)以及任何过驱。 这可能是大量的能量。

    [引用 user="can altineller"]这一点尤其重要、因为如果我能够限制该线路的电压、那么我就不必使用降额电容器。 我通常使用63V 电容器、电容器会变得很大且笨重。

    您确实有一个适中的电池、并且由于您的所有加速能量都来自、因此它很可能会吸收它并限制过程中的电压。 由于您使用的是锂化学电池、因此您必须观察电池平衡、但这仍然是我首先观察的吸收制动能量的方法。

    Robert

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    您好!

    我的目标是使用编码器的 N20电机、额定电压为6-12V、我将使用8.4V 驱动它们。 下面是一张图片。

    如果能与较大的电机配合使用也会更好、例如: www.pololu.com/category/115/25d-mm-metal-gearmotors 中的25dia Pololu 电机 

    选择 DRV8801是因为其尺寸小、成本低、并且具有电流感应功能。 我在使用 Tiva-c launchpad、自定义电路板和 Pololu drv 模块之前就已经构建了该模块。 下面是它的图片:

    该绿色板的背面有 Tiva-C、电机驱动器实际上是倒置安装的、并且编码器引脚上会弹出这些黑色连接器。 因此、一切都很近。

    因此、该机器人可以工作、但遇到一些电源问题、在某些情况下、它将重置 Tiva-c。 (它使用 Pololu 模块供电)-现在、我想以更通用的方式重新设计这个机器人板、也许是使用小尺寸的电机、这次我真的需要使我的电源电路正确。

    谢谢你。

    -C、。

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    您好、Robert、  

    "由于您使用的是锂化学电池、因此您必须观察电池平衡、但这仍然是我首先考虑的吸收制动能量的方法。"

    您的意思是电池平衡器会吸收能量并以良好的方式为电池充电、还是电池平衡器会对运行造成问题。 实际上、我计划不使用具有8形电池平衡器的2节18650电池设置、例如:  

    此致、

    C.

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    这些电机看起来齿轮很大、可能没有太多需要担心的问题、摩擦损耗将充当有效的制动器、除非它们驱动的负载非常重。

    [引用 user="can altineller">这个机器人可以正常工作、但遇到了一些电源问题、在某些情况下它会重置 Tiva-c。 (它使用 Pololu 模块供电)-现在、我想以更通用的方式重新设计这个机器人板、也许使用的电机稍大一些、我这次真的需要使我的电源电路正确无误。[/引述]

    我根本不会在该电路中使用 D1 (尤其是像4004这样的小信号二极管)。 D2和保持电容器应 防止瞬时瞬态*突降。 虽然这是主要原因、但我不会感到惊讶、但由于靠近电机和电源部分、您还需要关注另外三个问题

    您需要注意逻辑和电源部分之间的布局、它们应该很好地分离、并且应该特别注意接地。 实际上、我建议使用硅隔离器(电流消耗比光电耦合器更快且更低) 、以便两个部分不共用同一个接地。

    这些小型电机通常具有相当大的噪声、来自电机和电源部分的噪声可能会以电感和电容的方式耦合到逻辑部分。 您的逻辑部分中必须具有重要的局部滤波、去耦和大容量电容。 此外、一个良好的接地平面和电源平面(即、电源和接地至少各一层)、一个四层板。

    虽然电源开关的快速边沿可实现更高效的电源部分、但也会增加 EMI。 您可能需要在效率与稳定性之间进行折衷、而不考虑 FCC 问题。

    Robert

    *由"冗余部门"部分提供

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    [引用 user="can altineller"]

    "由于您使用的是锂化学电池、因此您必须观察电池平衡、但这仍然是我首先考虑的吸收制动能量的方法。"

    您的意思是电池平衡器会吸收能量并以良好的方式为电池充电、还是电池平衡器会对运行造成问题。

    [/报价]

    我的意思是、您必须确保电池不会在欠充电点、尤其是在过充电点不会达到不平衡。 看到您的电机、我怀疑您的往返效率是否足够高、足以导致很多问题、但如果您的电池管理系统提供互锁功能来关闭即使是单节电池也接近过压的情况下、如果可能存在任何明显的稳压、这将是很好的。

    请注意、您达到的过压点不仅取决于充电状态、还取决于充电速率。

    Robert