无刷直流电动工具的新搭档——1kW BLDC Board featuring SuperS08

无刷直流电动工具的新搭档
——1kW BLDC Board featuring SuperS08

日前，英飞凌推出一款功率为1kW的无刷直流电机控制驱动方案——EVAL_SSO8_1KW_BLDC，适用于无绳类的电机控制驱动应用，如电动工具等。如下图所示，EVAL_SSO8_1KW_BLDC产品包装像一个专业的工具箱，内部的配件也是够让人觉得不可思议的。怎么说呢？粗看下来有些杂乱，但是实际内部配件的“脉络”很清晰、也很简单。

● 一块电机驱动板EVAL_SSO8_1KW_BLDC

● 一个资料U盘

● 一根USB转串口线，以及一根可供DIY的排线

第一眼感觉，主板很是小巧，实际测量的结果是9cm ×3.6cm×1cm，还不如一张名片大。EVAL_SSO8_1KW_BLDC在PCB Layout的时候，将主板的电机控制部分、驱动部分以及滤波部分分别划分开来，无论是对板卡的布局、DIY都提供了便利的条件，如下图所示。

● 3相BLDC驱动电路：半桥栅极驱动IC（2EDL05N06PF数据手册）、低压功率MOS管（BSC010N04LSI数据手册、SuperSO8封装）

● 额定输入电压：20VDC、持续输出电流50A、峰值输出电流达200A

从EVAL_SSO8_1KW_BLDC的实物板卡上粗看下来，我们可能对于板载电路的理解不够透彻，事实上，如果组成一个完整的应用，我们还需要电机的配合，如下图硬件框图所示。

英飞凌XMC1302微控制器+英飞凌半桥驱动IC 2EDL05N06PF+英飞凌BSC010N04LSI MOS管组成的半桥电路是整个EVAL_SSO8_1KW_BLDC电机驱动方案的核心。当然，如果要详细了解EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板，还是要花费一些功夫的，首先从开发板的主控部分来看。

● 控制部分

EVAL_SSO8_1KW_BLDC板卡的主控部分基于英飞凌自家的XMC1302微控制器，对于英飞凌家族的XMC1000系列微控制器，大家都应该不是太陌生，它主要基于ARM Cortex-M0内核，包括3个产品系列：其中XMC1100系列属于入门型产品，XMC1200系列主要用于LED显示和交互控制，而XMC1300系列主要用于实时控制如马达驱动等。

XMC1302微控制器特性：

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

● 两个通用串行接口通道（USIC）：可用作UART、SPI、I2C、I2S、LIN接口

● AD转换、3个模拟比较器、温度传感器

● 工业控制外设：CCU4、CCU8、POSIF、BCCU

● 系统控制单元：WDT、RTC、SCU（用于系统配置和控制）

对于英飞凌面向电机控制领域的微控制器，其内部有许多特殊的单元，如XMC1302中介绍的CCU4，这是主要用于通用的定时器、像CCU8单元则用于电机控制和功率转换、POSIF用于Hall传感器、正交编码器以及电机的定位、BCCU单元可以用于LED的颜色以及调光应用，可以说，每种功能都有不同的独到之处，为工程师提供了便利的开发环境。

说完XMC1302微控制器，再来看看主控制板本身的外设接口定义，如下图所示。

主板引出的信号线包括了电机转换方向控制、调试、UART通信、Hall传感器采集等信号，配合英飞凌XMC1302微控制器，可以实现精准的电机控制。

● 驱动部分

实现电机驱动功能主要是通过英飞凌的半桥驱动IC2EDL05N06PF以及功率MOS管BSC010N04LSI的组合，首先来看下背面的半桥驱动IC 2EDL05N06PF，如下图所示。

这是英飞凌2EDL家族系列的产品，在电路中的设计也非常简单，可以用来控制功率器件如MOS管以及IGBTs。

再来翻到电源驱动板的正面，这一面乍眼一看似乎有些“粗犷”，正面的这几个“铜块柱”代表了不同的含义，包括电源供电的正负极，三相电机驱动的U、V、W信号。

而在”铜柱“下面则是板载的功率MOS器件，由12颗MOS管（BSC010N04LSI）组成的半桥驱动电路。

BSC010N04LSI是英飞凌OptiMOS系列的低功率MOS管，采用了SSO8封装，通态电阻值只有1.05mΩ，非常适用于同步整流，具体的参数如下表。

如果仔细观察原理图的话会发现在MOS管的栅极都串联着一颗100Ω的电阻,这是用来干什么的呢？

事实上，这些100Ω阻值的电阻在主要是用来改善电路的性能，比如增加阻值，则会增加电路损耗，降低MOS开关的速度，从而导致低压过冲，这时就需要较低的滤波电容值；相应的，如果降低阻值，则会导致增加MOS开关的速度，从而导致电路的寄生电感，引起更高的电压过冲，所以，这颗电阻值的选取要根据电路的实际需求来决定，比如EVAL_SSO8_1KW_BLDC板卡则是采用了10颗2.2uF的多层陶瓷电容来过滤高频电流。

● 滤波部分

滤波部分就显而易见的，除了上文提到的10颗2.2uF的多层陶瓷电容，板卡还搭载了一个“巨大”的电解电容，如图所示。

我们需要注意的是，在板卡上电使用的时候，板载的这颗大电解电容是用来滤波的，所以电源驱动的供电线（接在“铜柱”上）要尽可能的短，否则大的纹波电流可能导致这个滤波电容提前损坏，如果实在是需要使用一根长的供电线，那有必要在供电源处并联一个4700uF/50V的电容。

EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发

当真正拿到英飞凌EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板的时候，我们又当该如何开始呢？首先可以通过附赠的U盘来获取资料以及IDE开发工具、下载工具等，英飞凌为此提供了整套便利的资源。

EVAL_SSO8_1KW_BLDC开发板是基于XMC系列微控制器，英飞凌为XMC提供了专门的IDE工具DAVE，在U盘中也提供DAVE v3的版本，不过在英飞凌官网有最新的DAVE v4版本，如果有兴趣的不妨使用最新的版本。

另外，在板卡实际的开发调试、工作的过程中，板卡的供电线需要自己手动焊上去。

小结

精致、小巧的板卡做工，板载基于ARM Cortex-M0处理器的英飞凌XMC1302系列低功耗微控制器、半桥驱动IC 2EDL05N06PF以及OptiMOS BSC010N04LSI等资源，配合英飞凌强大免费的DAVE IDE工具，工程师可以快速的上手面向1kw的电机驱动产品。