無刷直流電動工具的新搭檔
——1kW BLDC Board featuring SuperS08

無刷直流電動工具的新搭檔
——1kW BLDC Board featuring SuperS08

日前，英飛凌推出一款功率為1kW的無刷直流電機(jī)控制驅(qū)動方案——EVAL_SSO8_1KW_BLDC，適用于無繩類的電機(jī)控制驅(qū)動應(yīng)用，如電動工具等。如下圖所示，EVAL_SSO8_1KW_BLDC產(chǎn)品包裝像一個專業(yè)的工具箱，內(nèi)部的配件也是夠讓人覺得不可思議的。怎么說呢？粗看下來有些雜亂，但是實(shí)際內(nèi)部配件的“脈絡(luò)”很清晰、也很簡單。

● 一塊電機(jī)驅(qū)動板EVAL_SSO8_1KW_BLDC

● 一個資料U盤

● 一根USB轉(zhuǎn)串口線，以及一根可供DIY的排線

第一眼感覺，主板很是小巧，實(shí)際測量的結(jié)果是9cm ×3.6cm×1cm，還不如一張名片大。EVAL_SSO8_1KW_BLDC在PCB Layout的時候，將主板的電機(jī)控制部分、驅(qū)動部分以及濾波部分分別劃分開來，無論是對板卡的布局、DIY都提供了便利的條件，如下圖所示。

● 3相BLDC驅(qū)動電路：半橋柵極驅(qū)動IC（2EDL05N06PF數(shù)據(jù)手冊）、低壓功率MOS管（BSC010N04LSI數(shù)據(jù)手冊、SuperSO8封裝）

● 額定輸入電壓：20VDC、持續(xù)輸出電流50A、峰值輸出電流達(dá)200A

從EVAL_SSO8_1KW_BLDC的實(shí)物板卡上粗看下來，我們可能對于板載電路的理解不夠透徹，事實(shí)上，如果組成一個完整的應(yīng)用，我們還需要電機(jī)的配合，如下圖硬件框圖所示。

英飛凌XMC1302微控制器+英飛凌半橋驅(qū)動IC 2EDL05N06PF+英飛凌BSC010N04LSI MOS管組成的半橋電路是整個EVAL_SSO8_1KW_BLDC電機(jī)驅(qū)動方案的核心。當(dāng)然，如果要詳細(xì)了解EVAL_SSO8_1KW_BLDC開發(fā)板，還是要花費(fèi)一些功夫的，首先從開發(fā)板的主控部分來看。

● 控制部分

EVAL_SSO8_1KW_BLDC板卡的主控部分基于英飛凌自家的XMC1302微控制器，對于英飛凌家族的XMC1000系列微控制器，大家都應(yīng)該不是太陌生，它主要基于ARM Cortex-M0內(nèi)核，包括3個產(chǎn)品系列：其中XMC1100系列屬于入門型產(chǎn)品，XMC1200系列主要用于LED顯示和交互控制，而XMC1300系列主要用于實(shí)時控制如馬達(dá)驅(qū)動等。

XMC1302微控制器特性：

● 基于32位ARM Cortex-M0處理器，8KB on-chip ROM、16KB SRAM、200KB Flash

● 兩個通用串行接口通道（USIC）：可用作UART、SPI、I2C、I2S、LIN接口

● AD轉(zhuǎn)換、3個模擬比較器、溫度傳感器

● 工業(yè)控制外設(shè)：CCU4、CCU8、POSIF、BCCU

● 系統(tǒng)控制單元：WDT、RTC、SCU（用于系統(tǒng)配置和控制）

對于英飛凌面向電機(jī)控制領(lǐng)域的微控制器，其內(nèi)部有許多特殊的單元，如XMC1302中介紹的CCU4，這是主要用于通用的定時器、像CCU8單元則用于電機(jī)控制和功率轉(zhuǎn)換、POSIF用于Hall傳感器、正交編碼器以及電機(jī)的定位、BCCU單元可以用于LED的顏色以及調(diào)光應(yīng)用，可以說，每種功能都有不同的獨(dú)到之處，為工程師提供了便利的開發(fā)環(huán)境。

說完XMC1302微控制器，再來看看主控制板本身的外設(shè)接口定義，如下圖所示。

主板引出的信號線包括了電機(jī)轉(zhuǎn)換方向控制、調(diào)試、UART通信、Hall傳感器采集等信號，配合英飛凌XMC1302微控制器，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電機(jī)控制。

● 驅(qū)動部分

實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動功能主要是通過英飛凌的半橋驅(qū)動IC2EDL05N06PF以及功率MOS管BSC010N04LSI的組合，首先來看下背面的半橋驅(qū)動IC 2EDL05N06PF，如下圖所示。

這是英飛凌2EDL家族系列的產(chǎn)品，在電路中的設(shè)計也非常簡單，可以用來控制功率器件如MOS管以及IGBTs。

再來翻到電源驅(qū)動板的正面，這一面乍眼一看似乎有些“粗獷”，正面的這幾個“銅塊柱”代表了不同的含義，包括電源供電的正負(fù)極，三相電機(jī)驅(qū)動的U、V、W信號。

而在”銅柱“下面則是板載的功率MOS器件，由12顆MOS管（BSC010N04LSI）組成的半橋驅(qū)動電路。

BSC010N04LSI是英飛凌OptiMOS系列的低功率MOS管，采用了SSO8封裝，通態(tài)電阻值只有1.05mΩ，非常適用于同步整流，具體的參數(shù)如下表。

如果仔細(xì)觀察原理圖的話會發(fā)現(xiàn)在MOS管的柵極都串聯(lián)著一顆100Ω的電阻,這是用來干什么的呢？

事實(shí)上，這些100Ω阻值的電阻在主要是用來改善電路的性能，比如增加阻值，則會增加電路損耗，降低MOS開關(guān)的速度，從而導(dǎo)致低壓過沖，這時就需要較低的濾波電容值；相應(yīng)的，如果降低阻值，則會導(dǎo)致增加MOS開關(guān)的速度，從而導(dǎo)致電路的寄生電感，引起更高的電壓過沖，所以，這顆電阻值的選取要根據(jù)電路的實(shí)際需求來決定，比如EVAL_SSO8_1KW_BLDC板卡則是采用了10顆2.2uF的多層陶瓷電容來過濾高頻電流。

● 濾波部分

濾波部分就顯而易見的，除了上文提到的10顆2.2uF的多層陶瓷電容，板卡還搭載了一個“巨大”的電解電容，如圖所示。

我們需要注意的是，在板卡上電使用的時候，板載的這顆大電解電容是用來濾波的，所以電源驅(qū)動的供電線（接在“銅柱”上）要盡可能的短，否則大的紋波電流可能導(dǎo)致這個濾波電容提前損壞，如果實(shí)在是需要使用一根長的供電線，那有必要在供電源處并聯(lián)一個4700uF/50V的電容。

EVAL_SSO8_1KW_BLDC開發(fā)

當(dāng)真正拿到英飛凌EVAL_SSO8_1KW_BLDC開發(fā)板的時候，我們又當(dāng)該如何開始呢？首先可以通過附贈的U盤來獲取資料以及IDE開發(fā)工具、下載工具等，英飛凌為此提供了整套便利的資源。

EVAL_SSO8_1KW_BLDC開發(fā)板是基于XMC系列微控制器，英飛凌為XMC提供了專門的IDE工具DAVE，在U盤中也提供DAVE v3的版本，不過在英飛凌官網(wǎng)有最新的DAVE v4版本，如果有興趣的不妨使用最新的版本。

另外，在板卡實(shí)際的開發(fā)調(diào)試、工作的過程中，板卡的供電線需要自己手動焊上去。

小結(jié)

精致、小巧的板卡做工，板載基于ARM Cortex-M0處理器的英飛凌XMC1302系列低功耗微控制器、半橋驅(qū)動IC 2EDL05N06PF以及OptiMOS BSC010N04LSI等資源，配合英飛凌強(qiáng)大免費(fèi)的DAVE IDE工具，工程師可以快速的上手面向1kw的電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品。