# [原創(chuàng)]恩智浦智能車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板之BTN系列驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)詳細(xì)講解（新手帖、附原理圖和PCB）

?首先自我介紹一下，本人是參加的第十三屆智能車(chē)比賽的大三學(xué)生，負(fù)責(zé)軟件部分。在準(zhǔn)備比賽的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)比賽的時(shí)候一些隊(duì)伍用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板有一些是網(wǎng)上買(mǎi)的，一些是祖?zhèn)鞯?#xff0c;而并不是自己設(shè)計(jì)的。其實(shí)，這可以理解，因?yàn)樵O(shè)計(jì)一個(gè)好的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的確不是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情，他需要具備驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，有過(guò)流保護(hù)，信號(hào)穩(wěn)定性好，體積還小等等。然而這些如果自己設(shè)計(jì)的話，的確要花掉很大的成本，可能要打幾次板才能夠成功。而買(mǎi)來(lái)的驅(qū)動(dòng)板，大家硬件都一樣，可謂買(mǎi)來(lái)焊好就能參加比賽。所以算是一種捷徑，但是選擇捷徑，就相當(dāng)于放棄了一次自己設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)會(huì)。

?所以我還是認(rèn)為，再好的成品電機(jī)驅(qū)動(dòng)也不如自己設(shè)計(jì)的好。舉一個(gè)例子，相信大家都看過(guò)《這就是鐵甲》《鐵甲雄心》等格斗機(jī)器人節(jié)目或者了解過(guò)“ 華北五省機(jī)器人擂臺(tái)賽 ”吧。我本人也是一個(gè)格斗機(jī)器人愛(ài)好者，也設(shè)計(jì)過(guò)一些蟻量級(jí)的格斗機(jī)器人。如果大家看過(guò)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在機(jī)器人格斗的比賽中，對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的要求極為之高，有很多機(jī)器人被KO的原因都是因?yàn)殡娬{(diào)燒了，因?yàn)樵谂鲎驳倪^(guò)程中，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)瞬間爆發(fā)出來(lái)的電流，可以高達(dá)上百安培，比賽中電機(jī)還會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)都是一個(gè)極大的考驗(yàn)。老外研究這個(gè)搞了十幾年，而中國(guó)只花了兩年多的時(shí)間就已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先的水平。我想這點(diǎn)上離不開(kāi)我們中國(guó)戰(zhàn)隊(duì)比賽所使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)有了很大的進(jìn)步。以我之前在淘寶經(jīng)常買(mǎi)的一家為例，他們家就是以開(kāi)源的電調(diào)為基礎(chǔ)，并進(jìn)行大量的改進(jìn)和優(yōu)化。他們現(xiàn)在的電調(diào)不僅電壓輸入范圍寬，而且擁有非常穩(wěn)定的限流能力，電機(jī)啟動(dòng)速度快，性能已經(jīng)比一些L298和MC33886等電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片要好。想具體了解的同學(xué)在淘寶上搜索“阿里風(fēng)斯”店鋪就能查到了，是一家專門(mén)做電機(jī)驅(qū)動(dòng)的店鋪。他們家也有為智能車(chē)專門(mén)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)板，就是下圖這個(gè)， ?性能我個(gè)人感覺(jué)比我之前買(mǎi)的要好很多，據(jù)說(shuō)板子還自帶電流檢測(cè)PID閉環(huán)控制，價(jià)格比那些智能車(chē)專賣(mài)店還要便宜一些。最后，附上鏈接(https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c.w4002-5418356461.26.1e3a7647AlFB9A&id=9045852525)（PS：最好用電腦打開(kāi)淘寶，手機(jī)版的隱藏了很多具體的參數(shù)和介紹。）

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以開(kāi)源為基礎(chǔ)，進(jìn)行大量的改進(jìn)和優(yōu)化。這一點(diǎn)，我認(rèn)為特別好，一直作為我做項(xiàng)目的時(shí)候應(yīng)該保持的態(tài)度和理念。與大家共勉。好了，跟大家說(shuō)了這么多。要跟大家講干貨了，同樣的，希望大家以我開(kāi)源的板子原理圖和PCB為基礎(chǔ)，改進(jìn)和優(yōu)化出更好的驅(qū)動(dòng)板來(lái)與大家分享。

##為什么要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)板？

對(duì)于一些剛接觸智能車(chē)的小白一樣，不知道為什么要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)板這個(gè)東西？直接輸出一個(gè)pwm給直流電機(jī)不就行了嗎？這大家應(yīng)該能很快反應(yīng)過(guò)來(lái)，電壓不夠啊，pwm可以輸出0~5V的等效電壓，而智能車(chē)不論是B車(chē)的540電機(jī)還是C車(chē)的380電機(jī)，可以網(wǎng)上查一下參數(shù)，額定電壓是7.4V。（注意：540電機(jī)的參數(shù)不同廠家生產(chǎn)的參數(shù)都不一樣，540只是一種表示電機(jī)直徑和長(zhǎng)度的型號(hào)而已。）那么電壓不夠的話用個(gè)mos管把pwm接在柵級(jí)，電池+接漏極，電池- 接源級(jí)，輸出的pwm不就升到7.2V—0V嗎？截至到這里，接下來(lái)就需要考慮功率器件的因素了。這種方案還是不可以的，因?yàn)殡娏鞑粔颉?#xff08;PS：其實(shí)mos管可以放大電流的，所以它既可以改變電壓，又可以升高電流，是一個(gè)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的好方案。但在設(shè)計(jì)電路比BTN麻煩，不適合入門(mén)，所以在這里先不講。）經(jīng)過(guò)以上的分析，我們發(fā)現(xiàn)了，電流這個(gè)因素終于漸漸的浮出水面，成為電路設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)重大因素。

其實(shí)，在生活中，電流這個(gè)因素常常被我們忽略掉，以為只要給到電器它的額定電壓就可以正常運(yùn)作了。我們買(mǎi)電池的時(shí)候只跟老板說(shuō)，老板我要多少V的電池。我們經(jīng)常用的南孚電池，知道它是1.5V，但是為什么還分5號(hào)、7號(hào)、1號(hào)電池呢，因?yàn)榉烹婋娏骱腿萘坎灰粯印?/p>

如果我現(xiàn)在給你個(gè)電機(jī)要求讓它運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，你是不是就直接把電機(jī)連在電池上了呢？然后發(fā)現(xiàn)，真的可以轉(zhuǎn)。其實(shí)這個(gè)過(guò)程中，按我們?nèi)粘５乃季S，飛卡的電池上面寫(xiě)了7.2V，但是其實(shí)我們選擇電池的時(shí)候，還有一個(gè)很重要的參數(shù)，就是額定放電電流。以下就是我們比賽的時(shí)候用的電池的參數(shù)，上面寫(xiě)著2000MAH，這是電池的容量，一個(gè)小時(shí)，電池一直以2000MA的放電則放完。 鎳鉻電池一般最大放電電流可以采用5倍～10倍的充電電流作為參考 。充電電流一般是容量的10/1 。也就是大約在1000-2000ma 。當(dāng)然這些都是估計(jì)值，如果能查到具體參數(shù)，當(dāng)然以具體參數(shù)為準(zhǔn)。然而，回到剛才的問(wèn)題，單片機(jī)的IO口最大輸出電流也只有10~25ma。即使電壓足夠也無(wú)法帶動(dòng)電機(jī)。

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因此，想要驅(qū)動(dòng)電機(jī)的話，還需要放大輸出電流。當(dāng)我們的最大輸出電流和電壓全都足夠時(shí)，就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)了。這就是為什么要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)板了。

但是，這里還是要注意一點(diǎn)，但電壓不能過(guò)高，也不能過(guò)低，而最大輸出電流要超過(guò)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流。電壓過(guò)高，那樣會(huì)導(dǎo)致電機(jī)本身產(chǎn)生的電流過(guò)大，燒壞電機(jī)。而我們?cè)O(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)板最大輸出電流要求必須超過(guò)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流。否則電機(jī)一堵轉(zhuǎn)，電機(jī)本身產(chǎn)生的大電流將會(huì)把我們的驅(qū)動(dòng)板燒掉。但最大輸出電流沒(méi)有上限，做得越大，能夠帶動(dòng)的電機(jī)也就越多。

##BTN的選型和設(shè)計(jì)電路

放大輸出電流和電壓的電路有很多，有采用MOS管、晶閘管設(shè)計(jì)的，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是可以根據(jù)自己應(yīng)用的要求設(shè)計(jì)出符合自己想要參數(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。但是這種設(shè)計(jì)電路很復(fù)雜，容錯(cuò)率低，設(shè)計(jì)的是成本也就相對(duì)較高。所以，這次我們采用的是別人做好的集成IC，也就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。其實(shí)里面也是mos管，但是已經(jīng)被人家設(shè)計(jì)好并且封裝成一整塊芯片了。我們只需要按照要求布線就可以了。所以設(shè)計(jì)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，適合新手入門(mén)。

關(guān)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其實(shí)種類有很多，淘寶直接搜的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的話，最常見(jiàn)的就是L298N的驅(qū)動(dòng)板，但是L298N驅(qū)動(dòng)電流只有2A。跟單片機(jī)的20MA相比大多了，但是夠不夠呢？我們要查一下電機(jī)的參數(shù)。這里我找了一個(gè)370的電機(jī)為例，這個(gè)電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流為3.6A，也就是說(shuō)我們只需要讓我們的驅(qū)動(dòng)電流大于5A足夠了（保持一定的余量），我們比賽的電機(jī)呢，540的話大概在十幾A，峰值一般在20A左右。

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現(xiàn)在根據(jù)我們對(duì)于電機(jī)參數(shù)的查詢，也可以確定使用的驅(qū)動(dòng)芯片了。于是，BTN系列的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片被我們選中了。這些驅(qū)動(dòng)芯片的工作電壓范圍廣，大概在5V~28V左右，所以直接采用電池供電就可以了，當(dāng)然，電壓越高，BTN驅(qū)動(dòng)電流就越大。

BTN/BTS系列驅(qū)動(dòng)芯片參數(shù)對(duì)比

型號(hào)	工作電壓范圍	MOS管內(nèi)阻	驅(qū)動(dòng)電流峰值（13.5V）
BTS7960	5.4~27.5V	16mΩ	43A
BTS7960B	5.4~27.6V	16mΩ	68A
BTN7970 ?	?5.4~28V	16mΩ	70A
BTN7971	4.5~28V	16mΩ	70A
BTN8982	4.5~40V	10mΩ	77A

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##電源的濾波電容的選擇

研究過(guò)電路的同學(xué)都會(huì)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是什么電路板，在接入電源的端子上總會(huì)并聯(lián)一個(gè)電容，這是為了防止電路供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化。以電機(jī)驅(qū)動(dòng)板為例，電機(jī)就是電路的負(fù)載，如果電機(jī)放在摩擦力比較大的地方，電機(jī)的輸出力矩會(huì)比較大，也就是負(fù)載比較大，還有，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，負(fù)載也會(huì)增大，而且是突變，這將導(dǎo)致電池需要放出更多的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，此時(shí)輸出的電壓U=E - I r?，內(nèi)阻一定，輸出電壓減小。那么如果此時(shí)的負(fù)載變化是突變很快的，那么 輸出的電壓也會(huì)發(fā)生突變減小。又因?yàn)殡姵厥侵绷麟娫?#xff0c;頻率很低，所以，此時(shí)最好加一個(gè)低通濾波電容，這樣保證信號(hào)的穩(wěn)定性。一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容，我這里的電容選擇的是220uf，這個(gè)以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的電容選擇一下就行了。為了方便觀察電路，可以再并聯(lián)一個(gè)LED，當(dāng)通電時(shí)，LED燈亮。具體見(jiàn)電源電路（一）。由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對(duì)高頻及脈沖干擾信號(hào)不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001--1pF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾。具體見(jiàn)電源電路（二）。

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? ?另外，電容的選取還要注意類型和耐壓等級(jí)。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

（未完待續(xù)。。。）

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[原创]恩智浦智能车电机驱动板之BTN系列驱动设计详细讲解（新手帖、附原理图和PCB）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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