DRV8701电路电机驱动记录

前言

  这个驱动弄了很久，从一开始啥都不懂的时候在闲鱼上买的别人的方案，到后来自己改版出了问题，这期间因为忙着别的比赛一直搁置，直到最近才把之前留下的BUG算是完全解决了，仅以此文记录一下。

第一版

  这一版是大一下快要期末的时候弄的如图1-1，当时还是个小菜鸡（虽然现在也是哈哈哈），当时啥都不懂，但是距离比赛很近了，只好去某鱼上买了别人的方案（血亏15元），当时做出来后是可以使用，但是不能换向，刚好师兄他们组也是用这个驱动，所以就去请教他们（但他们也没比我们好多少，他们老是烧MOS），他们怀疑是焊接有问题，于是我尝试去重焊，由于是第一次接触QFN封装的芯片，不是很会焊，重焊了几次还是一样的现象，直到有一次重焊完了，测试的时候把魔法烟雾弄出来了——MOS烧了，好在芯片没啥事，只能说这芯片真耐造，在换了不知道多少个MOS后，老师终于出手了，重新给了焊好了，就能正常使用了，这个方案伴随我们组好久。

（图1-1 第一版）

第二版

  第二版是群里一位群友在开源广场发布的（现在好像删了），是河南大学的方案（感谢群友），实物图如图2-1这一版焊上了就能正常使用，没有什么意外。

（图2-1 第二版）

第三版

  这一版是重头戏，就是这一版卡了我很久（虽然很大的原因是因为我的拖延），这一版的方案换成了逐飞的单路驱动增强版，制作完成后，使用可调电源调试，一点问题没有，然而我的队友在使用底板＋电池的情况下，在驱动开关闭合时，在打开和关闭底板开关时，会有一个过冲，我用万用表测到了20几伏的过冲，甚至有测到30几伏，当时因为有其他事情忙，我就没有及时处理这个问题，让队友继续使用之前的板子调车。

（图3-1 第三版）

支线

  在忙别的事的期间，帮别的组画了一个DRV8701的双路驱动如图3-1，但是他们一点事都没有，很正常，后面小修改了一下，也没有问题，再后来，他们组的人自己改了一下，也出现了过冲的问题，但他重新焊了一遍后，又正常了，这让我很疑惑，不过也给了我一个思路。

（图4-1 支线任务）

第三版调试

  前段时间终于闲了下来，有了其他组的经验，再加上我的新装备——加热台还有示波器到位，我就开始调试第三版驱动，首先排除是我焊接引起的问题，我把之前的板子搬到新板子上，同时拿显微镜检查芯片的焊点，确定焊接没问题后开始测试，发现之前的问题依旧存在，还是会过冲，而且测量OUT1带载波形，会发现下降沿会有明显的过冲（如图5-1）

（图5-1 OUT1的输出波形）

那么知道了输出有问题，就往前检查，我就去查GL1和GH1的波形，测出来的波形如图5-2、3、4、5

（图5-2 GH1)

（图5-3 GL1)

（图5-4 GL1和GH1一起测量）

（图5-5 GH1、GL1、GH2、GL2一起测量)

从图5-4可以发现GL1和GH1这两个波形，底部也都过冲，同时上升沿有些失真，这可能是因为表笔接地有问题，地回路太长所导致的，

从图5-5可以看出，当GL1发生变化时，GH2和GL2也会受到影响，在GL1的下降沿时，GH2和GL2会出现一个很大的过冲，而且GL1也不是一个标准的方波，测完这些，然后我又去测了OUT2的输出,波形如图5-6

（图5-6 OUT2输出波形）

观察图5-6会发现，OUT2的噪声很大，但我个人觉得和GH与GL的关系不大，那么为了验证这个想法，我控制电机输出换向，得到波形如图5-7

（图5-7 换向后OUT2输出波形）

会发现和OUT1的带载输出波形是一样的，此时换向后的OUT1波形如图5-8

（图5-8 换向后OUT1输出波形）

  观察图5-8可以发现，OUT1的波形存在明显的周期性噪声，我怀疑可能是电源引起的。我使用的电源是睿登的R6006P，测得频率大约为10kHz，因此应该不是电源的问题。排除电源后，板子上唯一有频率变化的就只有PWM输出了。

  起初，我设置的PWM输入频率为12.5kHz，OUT2的输出频率为60kHz。将PWM频率改为25kHz后，OUT2的输出频率变为140kHz。接着，我将PWM频率改回12.5kHz，调整电源电压。当电压为12V时，频率为140kHz；当电压为24V时，频率为60kHz。测到这里，我也不确定自己在测什么，感觉无法分析出有用的信息，因此暂时搁置了这个问题。如果有了解的大佬看到，可以指点一下。

  在这一版测试时，还遇到了另一个问题：当输入PWM和IO其中一个浮空时，电机会直接输出输入电压。由于之前两版没有遇到这个问题，所以当时也没有特别关注，但这也是引起过冲的原因之一。这个问题暂且按下不表。

第四版

  这一版也是小修小改，在四个MOS的栅极那里串联了电阻，同时加大了负载线的线宽如图6-1，

（图6-1 第四版）

栅极串联不同阻值电阻的波形被我弄乱了，现在不知道那个阻值对应哪个波形，晕晕，但是最终测下来10R是最好的，波形如图6-2

（图6-2 串联R10栅极的波形）

接着测试了OUT1输出的波形（如图6-3）

（图6-3 OUT1输出波形）

观察图6-2会发现，和第三版的相比好了很多，底部的过冲基本没有了

接着测量GL1和GH2,GL2的波形如图6-4

（图6-4 GL1、GH2和GL2一起测量的波形）

（图6-5 GL1、GH2和GL2一起测量放大后的波形）

  观察图6-4、6-5会发现，尽管GH2和GL2仍然受到GL1的影响，但是修改后，第三版的问题已经消失了，所以我认为这这不是影响输出的因素，所以我暂时没有去理会它。现在，第三版的问题虽然解决了，但又出现了新的问题。

  一、电机会突然反转，只是在断电时，二、当PWM或IO浮空时，电机会突然加速。对于第二个问题我突然想到，这可能是因为开发板断电后，端口变为浮空模式。于是，我将端口设置为下拉模式，发现PWM或IO浮空时，电机不再突然加速。然而，关闭电源时反转的问题仍未解决。我便开始网上冲浪，寻找解决方案，功夫不负有心人，终于我发现了一篇关于电机驱动的文章，里面提到了需要增加续流二极管，因为输入断电时，电机相当于一个发电机，电势会高于板子电势，导致电机反转。于是，我在MOS管的源极和漏极之间并联了一个1N5819二极管，成功解决了这个问题。以下是调整后的输出波形，如图6-6。

（图6-6 OUT1输出波形）

会发现这个OUT1的波形漂亮了很多，方波也很标准，同时几乎没有过冲，至此，整个DRV8701的开发与调试修改就完成了。

解决方案及注意事项

1. 在设计时，遇到可以等效为电感串联电阻模型的器件时，在驱动的MOS或三极管上并联一个续流二极管，防止反冲。同时，在MOS栅极或三极管基极处串联一个限流电阻，以保护电路。
2. 在信号输入处加一个上拉或下拉电阻，确保核心板断电时，输入处不处于浮空状态。
3. 走线时，如果不要求阻抗，尽量走粗。
4. 焊接时，特别注意DRV8701是否虚焊，大部分问题都是由于DRV8701虚焊引起的。
5. 可以提高PWM输入的频率。

后记

  在整个开发调试过程中，暴露出了许多问题。首先，我对基础电路知识掌握得不够扎实；其次，对于调试和测量的方法不太清楚，常常是想到哪测到哪。第三，拖延症相当严重，从发现问题到解决问题拖了快一个学期，就连这篇学习记录也是拖了好几个星期才写。第四，没有及时做好记录。尽管测量时拍了很多波形图，但没有及时标注这些波形图的测量目的，现在写记录时，面对手机里那么多相似的波形图，不知道该放在哪里。因此，今后一定要及时做好记录，多做基础实验，补充基础知识，同时克服拖延症。