避坑行动——电机控制器运放应用踩过的坑
本帖最后由 zhao133 于 2025-6-16 19:17 编辑最近调试把去年打过样的高压电机驱动板又做了一批回来，方案采用BUCK电源+APM32F035+GHD1620T+IGBT，额定功率300W。支持无感FOC、带传感和无感方波等控制。去年做的板子确实没什么问题，性能还比较满意，我们都这么想，之前做的板子都没问题，这次打样肯定也不会有什么问题的。但是板子做回来之后，调试却发现了一些异常。电机低速运行时，控制正常，高速时，功率不受控，功率一直往上跑，是不是硬件有干扰呢？是不是软件有问题呢？加花了两天时间终于把问题点定位好，就是运放的外围的电路上的小电容问题。
从PCB LAYOUT上看，这个电路设计确实没有什么问题，采样电阻走线很短，并且按照差分走线，在采样回来上加上101电容，设计目的是为了滤掉一些毛刺和干扰信号，在低速电机运行确实是有效果，但是这次测试的电机是转速高达10万的高速电机，当时我也忽略了电容对电流采样的影响，当把电机转速提上后，电机转速也有些不受控，功率也异常上升。最后拆掉运放输入及反馈回路上的滤波电容后，电机控制恢复正常。
我们分析一下电容为什么会有这么大的影响，电容通过不断的充放电实现吸收毛刺或者滤波。电容的容量越大，充放电时间越长，这就是为什么在低速运行时不受影响。当我们使用AMP32F035做高速电机控制时，需考虑电容的充放电时间的微小变化都会造成的影响。
看着APM32F035的型号，以为只是一颗普通的Cortex-M0内核的MCU呢！
结果一查，原来是极海的高性价比电机控制专用MCU。
我说性能怎么这么强劲。
在正向输入端增加一个与反向输入端电阻值相等的电阻，以补偿偏置电流带来的误差。选择低失调电流的运放也是一个有效的解决方案。 忽视运放的非理想特性，如输入失调电压、偏置电流、饱和输出等。 负反馈电路设计不当会导致运放不稳定，甚至出现振荡。 优化电源、接地、反馈和采样电阻设计，避免噪声和振荡。 运放的PSRR指标通常只针对直流变化，而在交流情况下（如电源纹波），PSRR会显著下降，导致输出信号受到电源噪声的影响。 运放本身及其周围电路产生的噪声会降低信噪比，特别是在敏感的传感器接口电路中尤为重要。 未加适当保护的运放在面对过压、静电放电(ESD)等情况时容易损坏。 电源和地线设计不合理，导致运放工作不稳定或产生噪声。 轨到轨运放的输出电压并不能完全达到电源电压，尤其是在负载较大或温度变化的情况下。 运放的参数会随温度变化而漂移，导致电路性能下降。 若负载过大超出运放的最大驱动能力，则会导致信号失真或无法正常工作。 温度变化会影响运放的工作参数，如失调电压随温度漂移。 运放输出叠加高频噪声，ADC采样值异常跳变。 布局和布线不合理，导致信号干扰或性能下降。 选择的运放不适合应用需求，如增益带宽积（GBW）不足、输出电流能力不够、共模抑制比（CMRR）低等。 考虑前级调理、运放和后级ADC的整体优化。 根据信号频率、电压范围和精度要求选择运放。 运放的工作电压范围有限，选择不当可能导致运放无法正常工作。
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