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步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方案 BoosterPack升壓DRV8711-第三部分

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:93


在我之前的帖子中,我們拼湊了一個系統(tǒng),找到了我們的組件,征服了強(qiáng)大的原理圖,并進(jìn)行了審查、審查和審查。許多人會稱他們的設(shè)計(jì)部分完成,將原理圖交給布局工程師,并在等待 PCB 時(shí)喝杯咖啡。但是,不要放棄!布局是我們物理實(shí)例化原理圖的地方,它是各種常見錯誤的根源。在這篇文章中,我將向您介紹這些常見的布局錯誤以及它們的修復(fù)方法。知道其中許多技巧都是工程經(jīng)驗(yàn)法則,有關(guān) PCB 布局設(shè)計(jì)的更多詳細(xì)信息,您可以在網(wǎng)絡(luò)上查看大量可用資源。

以下是德州儀器關(guān)于正確 PCB 布局實(shí)踐和設(shè)計(jì)的一些應(yīng)用說明……

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我們今天要討論的三個常見錯誤是……

· 與 PowerPAD(Thermal Pad)的不正確連接

· 大電流線路的走線尺寸不當(dāng)

· 大/高阻抗電流回路

*圖像注釋:紅色 = 頂部銅層,藍(lán)色 = 底部銅層,器件 = DRV8711

1. PowerPAD(導(dǎo)熱墊)連接不當(dāng)

今天,許多設(shè)備都有一個PowerPAD(IC 底部的外露銅焊盤),以改善內(nèi)部硅的散熱。這在通常具有集成功率 MOSFET電機(jī)驅(qū)動器、放大器、電源轉(zhuǎn)換器等中尤為重要。這些功率 MOSFET 產(chǎn)生的熱量(與 R DS(ON)和流經(jīng) FET 的電流直接相關(guān))必須從硅中轉(zhuǎn)移出去,以保持高水平的性能并避免損壞。通常,該焊盤錯誤地未焊接或連接到 PCB 上的隔離銅。我們將使用DRV8711,步進(jìn)電機(jī)預(yù)驅(qū)動器,作為下面的示例,說明該做什么和不該做什么。

別!

PCB 上沒有放置 PowerPAD 著陸區(qū)。阻焊劑會將 PowerPAD 與 PCB 上的銅隔離(無散熱能力)。

 

別!

PowerPAD 連接到隔離銅平面(最小散熱能力)。兩條跡線切斷了頂部銅平面,并且沒有通孔連接到底部銅平面。

 

做!

PowerPAD 通過推薦的通孔焊盤圖案連接到頂層和底層的開放銅平面(參見數(shù)據(jù)表)。

 

2. 大電流線路的走線尺寸不當(dāng)

適當(dāng)調(diào)整銅跡線以處理電流負(fù)載是 PCB 布局設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組成部分。許多因素會影響此計(jì)算,包括您所需的溫升、散熱能力和走線處理負(fù)載的時(shí)間。使用的一般經(jīng)驗(yàn)法則是 10 密耳(走線寬度)/安培(使用 2 盎司銅)。這是最低限度的規(guī)則。對于關(guān)鍵布線和設(shè)計(jì),您將需要花費(fèi)更多時(shí)間來確定 PCB 的理想走線寬度。

別!

5A 電源走線尺寸為 10 密耳(太窄)。

 

做!

5A 電源走線尺寸合適(恰到好處)。

 

3.  長而高阻抗的電流回路

我們今天要討論的最后一個主題是冗長的高阻抗電流回路。這些可以出現(xiàn)在各種地方的設(shè)計(jì)中。對于不良電流環(huán)路,我們看到的第一個常見錯誤是內(nèi)部穩(wěn)壓器的去耦電容。去耦電容應(yīng)放置在穩(wěn)壓器輸出的器件引腳附近,與器件 GND 引腳的返回路徑較短。

在 DRV8711 上,我們看到 V5 和 VINT(C5 和 C6)穩(wěn)壓器上有兩個去耦電容器。

別!

有一個用于去耦電容器的長電流回路。在通過 PowerPAD 并進(jìn)入 DRV8711 的 GND 引腳之前,電容器的 GND 網(wǎng)絡(luò)在 PCB 周圍形成了很長的路徑。

 

做!

使用緊湊的低阻抗電流回路來去耦電容器。電容器的 GND 網(wǎng)絡(luò)直接連接到 DRV8711 的 GND 引腳。

 

對于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器,通常在每個 H 橋的低端都有一個檢測電阻。在具有集成功率 MOSFET電機(jī)驅(qū)動器(甚至是具有外部功率 MOSTFET 的驅(qū)動器)中,人們經(jīng)常忘記該檢測電阻器是從電機(jī)返回電源的高電流的主要返回路徑。

 

下面我們看到了由 DRV8711 驅(qū)動的兩個外部 H 橋 (Q1-Q4) 的電流返回路徑(通過 R1 和 R2,檢測電阻器)。

別!

具有用于高電流路徑的長電流回路。下面,高電流路徑通過 DRV8711,繞過各種接頭到達(dá) MCU(可能會干擾 ADC、SPI 線路和 GPIO),然后最終返回電源。

 

做!

為高電流路徑使用緊湊的低阻抗電流環(huán)路。在這里,檢測電阻器立即通過底層,低阻抗走線將電流直接輸送回電源。

 

額外的信用!

問題:在最后一張圖片中,有一個相當(dāng)常見的錯誤違反了我剛剛列出的這三個規(guī)則之一。你能找到嗎?這個并不像我在這里給出的例子那么明顯,并且與我們每天看到的更相似。

提示:它與檢測電阻有關(guān),此板的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn) 8A 的峰值電流。

答:兩個檢測電阻器利用熱釋放,這是 Altium 的默認(rèn)設(shè)置。熱釋放默認(rèn)寬度為 10 密耳,即使有 4 個輻條,這仍然不足以承載本設(shè)計(jì)中規(guī)定的峰值電流。

 

下一次,我們將介紹布局設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵錯誤,包括不正確的接地技術(shù)、不良的元件布局和不良的信號路由。




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