FOC学习-硬件版

1.引言

从大一下学期开始接触Benjamin的VESC，复刻了七八个版本才成功，硬件懵懵懂懂，软件一窍不通，希望通过写这篇文章彻底弄懂VESC的硬件。

2.原理图模块解读

单片机控制电路

STM32大致可以分为三个部分：

ADC采样：PA0/1/2对三相电压进行采样，PC0/1/2/3对三相电流和总电压进行采样

驱动DRV8301：PA8/9/10、PB13/14/15输出PWM信号驱动DRV8301，SPI3与DRV8301进行通信读取状态，PB5接EN_GATE选择是否启用栅极驱动和采样电流放大器，PB7接收DRV的FALUT数据

外设：两个LED显示状态，一个霍尔接口，一个3508的编码器接口，一个6020的编码器接口，一个CAN接口，Benjamin版本还有IMU、无线调试模块，比赛用处较小就删去了

驱动芯片

DRV8301大致可以分成四个部分：

电源部分：DRV8301内置一个BUCK降压电路TPS54160，将24V降到5V

单片机通信部分：DRV8301通过SPI和单片机通信，用于向上位机报告 DRV8301 状态及故障

单片机PWM输入部分：INH_A/B/C、INL_A/B/C。这6个引脚控制GH_A/B/C、GL_A/B/C驱动栅极输出

MOS驱动部分：GH_A/B/C、GL_A/B/C、SH_A/B/C、SL_A/B/C。GH_A/B/C接上管栅极，GL_A/B/C接下管栅极，SH_A/B/C接上管源极，SL_A/B/C接下管源极。

看到一篇华南理工博主自制无刷电机驱动器的博客，他把驱动芯片换成了FD6288Q，确实可以减小不少面积，只需要添加两个降压模块，也很不错，有机会尝试下。

电流检测

使用3个AD8418测三相电流，AD8418检测电流的原理是电流通过采样电阻会产生压降，AD8418将这个压降通过内部的运算放大器放大然后输出，输出的这三个电压通过一个RC滤波器输入到单片机的ADC引脚进行采集。

MOS驱动电路

在电调上MOS的作用就是开关。MOS分为NMOS和PMOS，MOS有三个极；S（源极）、G（栅极）、D（漏级）。

NMOS的导通条件是Vgs>Vgs(th)，也就是栅极电压高于源极电压一定程度，此时SD导通，电流从漏极流向源极

PMOS的导通条件是Vgs<Vgs(th)，也就是栅极电压低于源极电压一定程度，此时SD导通，电流从源极流向漏极

ESC上的MOS都是NMOS，分为上管和下管，上管和下管一共六个MOS，MOS的栅极接到驱动芯片DRV8301，由DRV8301控制MOS开关，DRV8301芯片手册上栅极驱动电压在9.5V ~ 11.5V，MOS管是电压控制器件，只需要控制栅极的电压超过其开启阈值电压即可，这里栅极串联了一个4.7R的电阻，这个电阻有保护MOS、减缓米勒效应的作用。

MOS驱动电路有一个很重要的参数——死区时间，驱动芯片给栅极传输的PWM信号，而MOS在硬件上不可避免会出现米勒平台，实际上MOS的每个极间是存在电容的，存在电容就会有充放电现象，

其他

CAN通信

很普通的CAN电路，使用用TJA1050CAN收发器芯片。

编码器 传感器接口

根据比赛需求，外接DJI3508编码器接口、DJI2006编码器接口、HALL接口

3.PCB布局

电调的布局和走线是有讲究的，不是简单的把所有线连起来就行，主要讲驱动电路和电流检测电路布局走线需要注意的点

驱动电路

控制六个M

电流检测电路

散热

一般板子越大散热性能越好，可以在板子空的地方打地孔和开窗增加散热

4.结语

Benjamin的VESC6原理图和固件都是开源的，只有PCB不开源，而不同的PCB布局和走线却能直接导致电调能否使用，可能就是硬件和软件的适配问题，个人认为修改软件比修改硬件消耗的时间和金钱成本更低，但笔者不懂软件，只能在硬件上硬磕，磕了一年多也算是找到一点门路了，希望这篇文章能对学弟学妹在这方面的学习有帮助 ^ - ^