析DRV8301/8302三相无刷电机驱动：全面解析

引脚功能解析

上图为DRV8301的引脚图，由于数据手册中已经详细说明了每个芯片引脚的功能，这里我就不再做过多的说明了。（下载网址：DRV8301 数据表、产品信息和支持 | 德州仪器 TI.com.cn）
这款三相电机驱动芯片的使用方法在数据手册里已经说得很清楚了，但是可能有一些细节对于初学者不太友好，下面我就详细说一下使用这款芯片的方法，以便大家能够更加快速入门。

BUCK降压电路

DRV8301和DRV8302都集成了一个电荷泵的电路，即芯片内部集成了一个TI的TPS54160电荷泵芯片（具有 Eco-Mode 的 3.5V 至 60V 输入、1.5A 降压转换器），可以用来实现buck降压，并且TI官方提供了可以用来计算其外设电路的工具，可以在TI官网的TPS54160介绍的地下找到：TPS54160 数据表、产品信息和支持 | 德州仪器 TI.com.cn
计算得到的页面可以参考下图：

我们在设计DRV8301/8302的外设电路时，可以完全按照TI官网计算得到的的外设电路设计，但是可以不需要RenT和RenB两个电阻，并且Cin为电源滤波电容，需要根据实际需要来选择，如果设计的电路中已经包含了电源滤波，那么就不需要再多一个电容。
参考Odive FOC官网所给的电机驱动原理图，BUCK电路的作用其实就是通过调节VSENCE引脚的分压，来确定输出电压的大小。

三相逆变和换向电路

驱动芯片的数据手册中给出了三相逆变器的设计参考，并且包含了部分电流采样电路的设计。我们在设计电路原理图的时候可以直接参考数据手册的设计方案，如下图

如果仔细阅读数据手册的小伙伴应该能够注意到，数据手册里有三种接地，即AGND、PGND和GND。而如果对于PCB设计不了解的小伙伴可能不太能理解，为什么接地需要分成三种呢？这三种地在PCB上又应该怎么布线呢？
AGND——模拟地 PGND——功率地 GND——数字地
数字地就是我们平常所说的接地，是数字信号的接地；而模拟地则是模拟信号的接地，功率地是大功率信号的接地。数字地用于作为数字信号的参考，模拟地用于作为模拟信号的参考，功率地用于作为功率信号的参考，而所有的地需要连接到一起保证相同的参考电平。
既然如此，为什么又要把三个地分开呢？
主要原因还是电流的回流以及参考电压不同。我们知道，电流都是从高电平流向低电平，那么在电路中形成的闭合回路就变得十分重要。这里举个简单的例子

如上图所示的电路中，又两个电源，即3V3和+24V。左边的3V3和GND构成回路。也就是3V3的电流只能流向GND，通过开关让三极管的基极通上一定的电平，来控制放大电路。而放大电路的+24V电源流过三极管后，则只能流向PGND。试想，如果把PGND和GND连接起来，而+24V流出的电流回流时就有可能流入芯片的引脚，从而导致芯片损坏，后果不堪设想。因此，在电流设计的时候，一般仅仅通过一根铜导线连接多个地，这样既能保证整个电路具有相同的接地参考电平，又能避免电流回流的紊乱。在原理图中，一般这样表示.

说完接地的问题，我们回到三相逆变电路。设计这个逆变电路其实难度并不大，要点如图所示

主要就是图中这三个点，其余部分都在DRV8301/8302的数据手册里说得非常清楚，根据数据手册的设计参考来进行设计即可。
首先是MOS管，也就是场效应管。学过模电的小伙伴们应该对三极管非常熟悉，而场效应管跟三极管差不多，不了解原理的小伙伴们可以去自行百度或者B站。
简单理解，整个逆变器是一个桥式逆变电路，由三个上桥臂和三个下桥臂组成，我们以A桥臂为例来说明，当GH_A通上高电平时，N沟道的MOS管漏极到源极导通。MOS管的栅极导通电压是由其器件特性决定的，因此，需要设计栅极上的电阻值，使得栅极电压接近导通电压。
电容滤波则是很简单的一个对电源的滤波，熟悉电路基础知识的小伙伴都能够接触到，不熟悉的小伙伴可以看看B站郭天祥老师的视频。

电流放大和采样

接下来就是电流采样的部分，电流采样是用来做FOC控制时的第一个闭环——电流环。关于FOC控制的具体原理，以及六步换向法，大家可以参考稚晖君的知乎
而电流采样电路，芯片手册中给了这样一张运放的图，相信没接触过电流采样原理的同志们应该已经懵了

我们不妨从根源上想想，在电路中，我们可以通过模数转换的方式对电压进行采样，那么怎么通过电压得到电流呢？
答案很简单，就是采样一个电阻的两端电压，然后跟组阻值就能求得流过的电流。有人可能会问了，这么简单的电路有必要用两个运放来实现吗？
如果我们需要采样一个桥臂的电流，那传统的方式自然是直接在电路上串联一个采样电阻，然后采样两端电压即可。由于电阻是串联进电路的，所以阻值当然是要越低越好。但是这又会带来另一个问题，低阻值导致的采样精度不高，因此，与其用两路ADC，不如直接用运放来实现电流的采样。
放大过后的输出计算方法在数据手册里也有说明

电机桥臂与芯片引脚之间的连接电路直接参考数据手册中的电路设计即可。对于三相无刷电机而言，只需要采样两路电流，第三路即可计算得知。

小结

我这里只是简单说明了DRV8301/8302在使用上的一些基础，以及设计电路过程中的一些细节，便于大家阅读之后能够对这款三相电机驱动芯片有一个新的认识。看完本文再去看数据手册，相信会比较清晰，如果还有什么问题，欢迎评论区留言或者私信。
另外，我个人水平有限，博客中难免有纰漏，希望大家发现后能及时指出，以免误人子弟！