单片机控制电调 Henry教你设计一个无刷电机驱动器-电调(ESC)|设计与开发|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

Henry教你设计一个无刷电机驱动器-电调(ESC)

正面3D效果图

反面3D效果图

顶层布线图

内层1布线图

内层2布线图

底层布线图

本设计基于： Windows11操作系统

设计软件： 立创EDA，浏览器：Firefox

电调的作用 ：电调是电子调速器的简称，英文：Electronic Speed Control，简称ESC。作用是控制电机的运转速度。输入直流电，可以接稳压电源或者锂电池。一般用2-6节锂电池供电。输出是三相脉冲直流，直接与电机的三相输入端相连。电调还有一根信号线连出，用来与接收机连接，控制电机的运转。

设计目的： 此款电调应用于无人机，此版电调不适合大规模生产，只作为验证使用

设计电调电路板所需知识：直流、交流电，PWM信号，MOS管工作原理，半桥、全桥驱动器，无刷电机工作原理

设计步骤

1.确定电调使用的软件系统

我选择BLHeliSuite (常称为bls)开源电调系统

开源地址：https://github.com/bitdump/BLHeli

根据网络资源可得知bls电调使用EFM8BB21F16G-C-QFN20微处理器，这是一颗来自SILICON LABS的8位单片机，查询datasheet（数据手册）可得知它使用了C8051内核，工作电压典型值：3.3V，主频50Mhz，内置16KB Flash，2304byte RAM，封装为QFN20。

单片机构造图

2.深入了解电调工作原理

使用CSDN等技术论坛可可以深入了解电调工作原理图

1.控制信号 ---> MCU ---> 栅极驱动器 ---> N Mos大功率晶体管 ---> 电机

2.反馈电路 ---> MCU

3.电池输入电压 ---> N Mos大功率晶体管

4.电池输入电压 ---> 降压至5~10V (栅极驱动器供电电压) ---> 降压至3.3V (MCU供电电压)

3.芯片选型 (根据个人需求进行选择，例如，Mos可以选择Infineon的金封Mos，内阻更小，散热更好，但成本更高)

栅极驱动器:FD6288Q（宽电压）

N Mos大功率晶体管:NCE30H14K（支持高电压/30V，大电流/140A，价格相对较低）

降压芯片:UMW78M09（Max 1A），UMW AMS1117-3.3（Max 1A）

4. 开始设计

1) 根据开源软件确定硬件连接，并画出原理图

BLHeliSuite源代码

如上图，确定MCU IO的功能，与栅极驱动器连接信号线

主芯片IO引出

栅级控制器

根据芯片数据手册构建芯片外围电路

主芯片设计参考图

栅级控制器典型应用电路

主芯片外围电路

栅级控制器外围电路

连接栅极驱动器与mos晶体管

mos晶体管电路

电池供电接口，滤波与LDO降压

供电电路

至此所有功能均已实现，原理图设计完成

2) 绘制PCB文件

电调PCB比较特殊，必须同时满足多个条件

1. 电源导线能够通过大电流

2. 滤波电容的放置

3. 电路板体积，大小

4. 散热

5. 用户使用方便

1.按照我个人的设计思路，先设计出电路板尺寸外形

1.1由于6个MOS必须按照3*2排列，即可得出电路板的宽度

1.2大概排布主要元件，即可得出电路板的长度

电路局部图（mos晶体管）

2.接下来布置所有原件位置

2.1将芯片（MCU，MOS，LDO）与其外围电路（电阻电容等）紧密放置，但要流出一定空间方便焊接、引出过孔，注意适当远离高压元件以防短路

2.2放置滤波电容 (靠近电源输入OR靠近用电器 (MOSFET))

2.3放置ADC配置电阻（靠近MCU）

主芯片外围电路

栅极控制器外围电路

MOSFET外围电路

9V LDO

3.3V LDO

滤波电容

更多滤波电容

3.连接导线（需按照DRC设计规则进行）

3.1连接主要电源导线（注意导线宽度，我选用了80mil的导线宽度，并做开窗附锡处理，以应对大电流）

3.2连接信号线（长度尽量缩短，不要有直角弯，宽度10mil标准宽度即可）（使用4层板，电源、信号分离）

3.3连接LDO电源（9V、3.3V）（宽度可适当加宽至14mil，路径上尽量少过孔）

信号线

电源铜箔

4.铺铜

4.1电源正极到MOS大面积铺铜

4.2剩余部分为GND负极铺铜（包括4层铜箔）

4.3电机焊盘到MOS适当铺铜

5.丝印（丝印应方便使用者理解接口用途，必须清晰，易理解）

5.1电源正负极丝印

5.2电机接口丝印

5.3信号输入接口丝印

5.4调试接口丝印

5.5装饰性丝印（可选）

供电丝印

调试接口

电机连接处丝印

装饰性丝印

恭喜，你已经成功得到了一张电调PCB电路板，可以检查DRC后生成制板文件交给厂方制作了。

背面3D模拟图

使用ne555芯片驱动直流无刷电机（bldc）电调

手头有两个无人机的直流无刷电机（bldc）带电调，想着怎么驱动它，让他转起来呢？用单片机肯定是可以的，但是仅仅让他转起来并且可以调速这么简单的事情，大可不必如此大费周折，一个可以生成pwm的普通电子元件ne555便可。下面说下原理：

直流无刷电机、舵机等都是用pwm信号驱动的，频率为50hz（20ms），pwm占空比为1ms到2ms（有的是0.5ms~2.5ms）。无刷电机的占空比用来调速,占空比越大转速越高，舵机用来控制位置。

servo pwm

明白了原理，我们就可以来制作一个这样的pwm脉冲调生成器了。原理图如下：

元件选择了ne555，他的信号周期是：高电平high=0.7*C*(R2分压比)，低电平low=0.7*C*(R1+R2)。由于我只有一个10K的电位器，所以R2取10K，高电平最大值2ms，得到C=2/1000/0.7/10/1000=0.3左右，取0.33，R1=(20-2)/1000/0.7/0.33/1000000-R2=78K，取最接近的75K。焊接好的结果就像这样：