代码收藏家 STM32 BLDC驱动开发指南
文章概览
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在上一篇文章的基础上继续努力！👇
🧀【STM32】BLDC驱动&控制开发笔记 | 09_基于STM32F407的ADC电压采集，多通道ADC+DMA+USART_CSDN博客@F菌的进阶之路
在实现电机闭环控制的实验程序中，通过ADC功能来实现电压或电流的采集十分重要。一般来说，为了获得更高的精度，会在直接通过ADC口采集的基础上，使用的STM32板子自带的内部放大电路或者外接的自己画的放大电路。✨我这里使用的是DRV8323驱动芯片内自带的放大器。
配置过程也同步阅读DRV8323的技术手册。
🧀超链接跳转：DRV8323英文版手册
🧀超链接跳转：DRV8323中文版手册
本文实验目的：为电机控制实验做ADC功能的单独测试。
在之前调好的六步方波开环程序基础上，加入ADC采样，测量定转速开环运行时的iA、iB、iC三相电流。（因为心里不踏实，调好了才敢往电流环里用嘛hhh）ADC采样频率与PWM输出频率一致，在PWM方波中间部分进行ADC采样。
👀 1 DRV8323技术手册CH8梳理
我这里的电路是参考了手册里TI给出的推荐方案，详见中文版手册P62。采样电阻三相各1个，共3个。电流采样主要有三种方式：低侧电流采样、高侧电流采样和内置电流采样，更多一点的理论学习 可以参考这个博客：SimpleFOC移植STM32（五）—— 电流采样及其变换_CSDN博客@loop222✨。这里选择低侧电流采样，采样电阻RSENSE放置位置如下图。
图源：DRV8323中文版手册 P62
这里使用到DRV8323和DRV8323R特有的 低侧电流检测放大器 (Low-Side Current Sense Amplifiers)。这个低侧就是指半桥的下桥臂靠近地侧。
以下的原文摘录来源：【DRV8323中文版手册】 CH8 Detailed Description P21~P60。
8.1 概览/总述 – Overview
8.2 功能框图 – Functional Block Diagram
8.3 功能描述 – Feature Description
（⭕DRV832x 系列都有）
（⭕DRV832x 系列都有）（❗DRV8323 和 DRV8323R特有）
（❗DRV8320R和DRV8323R特有）（⭕DRV832x 系列都有）
8.4 设备功能模式 – Device Functional Modes
（⭕DRV832x 系列都有）
（❗DRV8320R和DRV8323R特有）
8.5 ✨编程 – Programming
8.6 ✨寄存器映射图 – Register Maps
有关8.5和8.6的内容，详见我的 SPI 这篇博客：【DRV8323】电机驱动芯片寄存器配置指南，通过STM32F407的SPI通信配置_CSDN博客@F菌的进阶之路。
8 细节说明
8.1 概览/总述
DRV832x 系列器件是一款集成的 6 至 60V 栅极驱动器，适用于三相电机驱动应用。
这些器件通过集成三个独立的半桥栅极驱动器、电荷泵以及用于高侧和低侧栅极驱动器电源电压的线性稳压器，减少了系统组件数量、成本和复杂性。该器件还集成了可选的三重电流分流器（或电流检测）放大器和可选的 600mA 降压稳压器。标准串行外设接口 (SPI) 提供了一种简单的方法来配置各种设备设置并通过外部控制器读取故障诊断信息。或者，硬件接口 (H/W) 选项允许通过固定外部电阻配置最常见的设置。
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栅极驱动器支持外部 N 沟道高侧和低侧功率 MOSFET，可驱动高达 1A 拉电流、2A 灌峰值电流以及 25mA 平均输出电流。双倍电荷泵生成高侧栅极驱动器的电源电压。该电荷泵架构将 VCP 输出调节至 VVM + 11V。低侧栅极驱动器的电源电压是使用 VM 电源的线性稳压器生成的，该电源可调节至 11V。智能栅极驱动架构能够动态调整栅极驱动输出电流的强度，使栅极驱动器能够控制功率 MOSFET 的 VDS 开关速度。此功能使用户可以移除外部栅极驱动电阻器和二极管，从而减少物料清单 (BOM) 中的元件数量、成本和印刷电路板 (PCB) 面积。该架构还使用内部状态机来防止栅极驱动器中的短路事件，控制半桥死区时间，并防止外部功率 MOSFET 的 dV/dt 寄生导通。
DRV8323 和 DRV8323R 器件集成了三个双向电流检测放大器，用于使用低侧分流电阻器监控通过每个外部半桥的电流水平。电流检测放大器的增益设置可以通过SPI或硬件接口进行调整。 SPI 方法为调整输出偏置点提供了额外的灵活性。
DRV8320R 和 DRV8323R 器件集成了 600mA 降压稳压器，可用于为外部控制器或其他逻辑电路供电。降压调节器作为单独的内部芯片实现，可以使用与栅极驱动器相同或不同的电源。
除了高水平的器件集成之外，DRV832x 系列器件还提供广泛的集成保护功能。这些功能包括电源欠压锁定 (UVLO)、电荷泵欠压锁定 (CPUV)、VDS 过流监控 (OCP)、栅极驱动器短路检测 (GDF) 和过热关断（OTW 和 OTSD）。故障事件由 nFAULT 引脚指示，详细信息可在 SPI 器件版本的 SPI 寄存器中找到。
DRV832x 系列器件采用 0.5 毫米引脚间距、QFN 表面贴装封装。 32 引脚封装的 QFN 尺寸为 5 × 5 mm，40 引脚封装的 QFN 尺寸为 6 × 6 mm，48 引脚封装的 QFN 尺寸为 7 × 7 mm。
8.2 功能框图 – Functional Block Diagram
…略…
8.3 功能描述 – Feature Description
8.3.1 三相智能栅极驱动器 – Three Phase Smart Gate Drivers
DRV832x 系列全都有的。
8.3.1.1 PWM 控制模式 – PWM Control Modes
8.3.1.1.16xPWM Mode (PWM_MODE = 00b or MODE Pin Tied to AGND) ✨✅
在 6x PWM 模式下，每个半桥支持三种输出状态：低、高或高阻抗 (Hi-Z)。这种模式对应到BLDC的六步方波驱动，使用这种模式！6 路 INHx 和 INLx 的高低电平状态，就是对应着我们期望的上下桥臂的导通与关断状态，来自STM32控制芯片输出的 6 路信号。
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8.3.1.1.23xPWM Mode (PWM_MODE = 01b or MODE Pin = 47 kΩ to AGND)
在 3x PWM 模式下，INHx 引脚控制每个半桥并支持两种输出状态：低电平或高电平。 INLx 引脚用于将半桥置于高阻抗状态。如果不需要 Hi-Z 状态，请将所有 INLx 引脚连接至逻辑高电平。
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8.3.1.1.31xPWM Mode (PWM_MODE = 10b or MODE Pin = Hi-Z)
在 1x PWM 模式下，DRV832x 系列器件使用内部存储的 六步块换向表。在这个模式下，只需要从INHA输入 1 路 PWM 信号，从INLA、INHB、INLB输入 3 路 Hall 信号（INLA = HALL_A、INHB = HALL_B、INLB = HALL_C），然后INHC和INLC输入2路MCU_GPIO输出。会有点小特别，和普通理解不太一样，按照表格和图片的规则来。有同步整流（低侧 MOSFET 再循环）和异步整流（MOSFET 体二极管续流）两种。
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8.3.1.1.4IndependentPWM Mode (PWM_MODE = 11b or MODE Pin Tied to DVDD)
在独立 PWM 模式下，相应的输入引脚独立控制每个高侧和低侧栅极驱动器。
高侧和低侧的MOSFET有同时导通，被击穿的风险。8.3.1.2 设备接口模式 – Device Interface Modes
8.3.1.2.1 串行外设接口 – Serial Peripheral Interface (SPI) ✨✅
详见我的 SPI 这篇博客：【DRV8323】电机驱动芯片寄存器配置指南，通过STM32F407的SPI通信配置_CSDN博客@F菌的进阶之路
8.3.1.2.2 硬件接口 – Hardware Interface8.3.1.3 栅极驱动器电压电源 – Gate Driver Voltage Supplies
8.3.1.4 智能栅极驱动架构 – Smart Gate Drive Architecture
8.3.1.4.1 IDRIVE：MOSFET 转换速率控制 – IDRIVE: MOSFET Slew-Rate Control
8.3.1.4.2 TDRIVE：MOSFET 栅极驱动控制 – TDRIVE: MOSFET Gate Drive Control
8.3.1.4.3 传播延迟 – Propagation Delay
8.3.1.4.4 MOSFET VDS 监视器 – MOSFET VDS Monitors
8.3.1.4.5 VDRAIN 检测引脚 – VDRAIN Sense Pin
8.3.2 DVDD线性稳压器 – DVDD Linear Voltage Regulator
…略…
8.3.3 引脚图 – Pin Diagrams
…略…
8.3.4 低侧电流检测放大器（DRV8323 和 DRV8323R特有）
DRV8323 和 DRV8323R 集成了 三个高性能低侧电流检测放大器 ，用于使用外部半桥中的低侧分流电阻器进行电流测量。低侧电流测量通常用于通过外部控制器实现过流保护、外部扭矩控制或无刷直流换向。所有三个放大器均可用于感测每个半桥臂中的电流，或者一个放大器可用于感测半桥臂的总和。
电流检测放大器包括可编程增益、偏移校准、单向和双向支持以及电压基准引脚 (VREF) 等功能。如果三个电流检测放大器中的任何一个未使用，则可以通过将 SNx 引脚与 SPx 引脚短路并保持 SOx 引脚悬空来将它们连接起来。请记住将 SPx 或 SNx 引脚连接到低侧 FET 源极，以便过流 VDS 监视器仍能正常工作。8.3.4.1 双向电流检测操作
DRV8323 和 DRV8323R 上的 SOx 引脚输出的模拟电压等于 SPx 和 SNx 引脚上的电压乘以增益设置 (GCSA)。增益设置可在四个不同级别（5 V/V、10 V/V、20 V/V 和 40 V/V）之间调节。使用公式 (3) 计算流经分流电阻器的电流。
公式(3)计算的 I 就是流经 R~SENSE~ 的电流值。8.3.4.2 单向电流检测操作 （与8.3.4.1相对，二选一）
在 DRV8323 和 DRV8323R SPI 器件上，使用 VREF_DIV 位删除 VREF 分频器。在这种情况下，电流检测放大器单向工作，SOx 引脚输出的模拟电压等于 SPx 和 SNx 引脚两端的电压乘以增益设置 (GCSA)。使用公式 4 计算流经分流电阻器的电流。
图35和图38的区别在于左下角，是否带来1/2VVREF偏置的关系。对比下图的两种模式，结合自己电路及驱动原理的分析，
应该用双向电流检测的模式。
8.3.4.3 自动偏移校准
为了最大限度地减少直流偏移，DRV8323 和 DRV8323R 器件可以通过 SPI 寄存器 (CSA_CAL_X) 或 CAL 引脚执行自动偏移校准。当启用校准后，放大器的输入会短路，负载会断开，并且放大器的增益 (GCSA) 会更改为 40 V/V 设置。然后放大器执行自动调整程序以最小化输入偏移。启用校准后，自动调整例程需要 100 µs 才能完成。此后，如果外部控制器需要进一步进行失调校准，放大器的输入将保持短路状态，负载将保持断开状态，并且增益将保持在 40 V/V。
要完成偏移校准，CSA_CAL_X 寄存器或 CAL 引脚应拉回低电平。设备完成校准后，增益将返回到原始增益设置。为了获得最佳结果，请在外部 MOSFET 不切换时执行失调校准，以减少对放大器的潜在噪声影响。当电流检测放大器进入校准模式时，如果器件配置为单向模式，VREF 引脚会被设置为双向模式。即使未为所有通道设置 CSA_CAL_X 寄存器，VREF 引脚的设置也会影响所有三个电流检测放大器的通道。8.3.4.4 测量MOSFET VDS两端电压模式
简而言之：有R~sense~时，用前面的模式，测得的电阻流过电流就是半桥电流；无R~sense~电阻时，用这个模式，V~DS~流过电流视作为半桥电流。我这里有Rsense了，所以就不用8.3.4.4这个模式了。
👀 2 寄存器配置
结合数据手册CH 8.5章，配合【DRV8323】电机驱动芯片寄存器配置指南，通过STM32F407的SPI通信配置_CSDN博客@F菌的进阶之路。一文对各寄存器的梳理，计划这么配置各寄存器：
设置为双向电流检测，电流检测放大器增益 GCSA = 20 V/V，执行自动校准偏置。
作者：F菌的进阶之路
