学习笔记-智能车制作-1.2.2

        由于电源知识太过复杂，本次先记录MOS管和运算放大器的相关知识。
        MOS管：
        MOSFET简称MOS管，在智能车比赛中，经常在驱动电路使用，在集成驱动芯片的内部也包含了一定数量的MOS管，在模拟电路中我们会对其特性进行深入而详细的学习。
        MOS管主要是关注其耐压值，导通电流，发热量及开关速度。
        由于电机工作需要大电流，所以电机驱动电路需要大面积铺铜来辅助MOS管散热。我们为了让散热达到极致，选用了铝基板来制作电机驱动板，板子是纯白色的非常好看，背面是铝合金材料，十分光亮且不导电，缺点是铝基板一般只能单面走线，若使用双面铝基板，其散热能力和普通玻纤板相差不大。
        下两图为我们设计的由铝基板制成的电机驱动板的正面与背面：





        MOS管在驱动电路中主要是作为开关来使用，所以开通和关断要彻底，并且在开通和关断的过程要短。
        MOS管的栅极充放电回路一般可简化为RC充放电回路。



        当激励源为9v或12v时，电容电压上升的速度不同，显然12v的速度快，用时少。



        驱动电路需要足够的充放电电流。在高速开关状态下，使用上拉电阻或下拉电阻会严重影响开关速度，并且增加了在可变电阻区的时间，降低了效率。因此高低电平都需要使用分立/集成的开关管来驱动。（知道为什么北科用IR2104+IRLR7843的组合了吧；为什么要在驱动板上用B0512来升压至12v了吧？）
        我们希望驱动能力强，虽然栅极电阻会影响充电容放电速度，但是其却是不可缺少的。阻抗过低的电路会受各种杂散参数的影响，会产生严重的寄生振荡，导致驱动电路波形畸变，还会产生电磁干扰。其中较为典型的是波形边沿严重过冲。



        在慢开关场景中，若想减小栅极电阻带来的损耗，可在电阻上并联二极管，使在低电平可快速截止。
        MOS管还可以使用负压截止。在一般驱动电路中MOS管的截止电压是0V，但在要求更高的场合中，截止电压要求小于0v。显然有负压时截止速度更快，而且截止可靠。在MOS管的GD之间有较大电容，当负载是高频的时候，电容可能会产生感应电压，时MOS管误导通，使用负压可一定程度避免上述现象发生。
        负压截止效果虽然很好，但是驱动电路过于复杂，需要根据实际情况来决定，在不考虑快关和负压的情况下，可参考该电路进行设计。



        对于该电路，因为MOS管的栅极输入阻抗高，在没有驱动信号的悬空状态下，外界干扰很容易在栅极形成感应电压，导致管子误导通，因此使用电阻R2来提供可靠的下拉，保证管子截止，典型值为10kΩ。稳压二极管Z的用途是将栅极电压钳位，保证不高于Z的导通电压，避免电压过高击穿栅极，取值要高于驱动电压且低于栅极最高承受电压，典型值为15v（不考虑负压）。
        最后，MOS管分为PMOS管和NMOS管，由于工艺等原因，PMOS管的性能较NMOS管会差一些，且价格也会略高，故多使用NMOS管。但也有例外，BTN系列集成驱动芯片内部的PMOS管和NMOS管的参数一致性就较好。



        运算放大器：
        运算放大器的理想模型是：输入阻抗无穷大，输出阻抗为0，放大倍数无穷大等等，其最为常用的特性是虚短和虚断，而在实际情况中要复杂很多。
        除工作电压（单双电源）、输入/出电压范围、放大倍数、输入失调电压/电流外，还需要注意共模抑制比、摆率和振荡等问题。
        共模抑制比：
        理想状态下，运算放大器对共模信号的放大倍数是0，对差模信号的放大倍数是无穷大，但实际中前者既不为0，后者也不为无穷大，后者与前者的比值，叫做共模抑制比，该值越大越好。但频率会影响运放的共模抑制比，当信号频率上升时，其值会降低。



        摆率：
        摆率指运放输出电压的转换速率，常用单位为v/us，表面运放对信号变化的适应能力。其参数，主要由运放内部补偿电容的充放电时间决定。摆率决定了输出信号上升速度的最大值。当输入正弦信号时，若摆率不足，则无法输出放大的信号，只能输出跟随波形起伏的三角波。（其三角波的斜率即为运放的摆率）



        振荡：
        振荡的发生满足两个条件，一是环路增益大于1；二是环路相位相差2nπ。因此在反馈部分加入适当的电容电阻来出去预料之外的频率信号。
        最后补充些芯片封装的相关知识：
        芯片的封装大致分为直插与贴片两类。常见的封装型号为DIP SOP TSSOP MSOP QFN BGA等，其封装具体的大小可在网上查找到，不过在使用AD画封装时，推荐先get实物，根据实际来画，否则可能出现：封装过小，焊接困难；或者封装过大，浪费板子空间等现象。



        对于经常承受外力作用的器件（如开关，接口），优先使用直插元件。
        对于功率器件，要考虑散热，需增加一些额外措施，如安装散热片（但散热片与芯片要绝缘）；线路板大面积铺铜；使用导热胶粘贴散热片等。
        在使用高电压器件时，要选择大封装，增加引脚的间距，避免引脚间漏电的风险。
        器件不一定存在所有种类的封装，要结合实际情况来选用。


        这次使用手机来安排排版，应该不如上次那么混乱了。另外这两次的读书笔记让我收获颇丰，原来感觉自己很多都是会了的，但是在写读书笔记的时候，越写越有很多不会，很多都要百度。一是知识确实过于深入，二是自己以为之前学过，就过于粗心，大概看一下就翻页了。
        下次我将但其中记录电源的知识，内容太繁杂，原理还不好说明白，书讲解的也比较笼统，若有兴趣的同学可以百度相关知识，会更易于理解。

同款鼠标垫

若水三千饮 发表于 2018-1-28 14:05
同款鼠标垫

嘿嘿～

铝基板的价格如何？我可能要做一个大电机驱动。

alpha 发表于 2018-1-29 14:44
铝基板的价格如何？我可能要做一个大电机驱动。

102元 11片 4x8cm 导热系数1.0
顺丰+普通发票感觉很良心
但是铝基板工艺不好，发回来有一块板子就有瑕疵，
另外铝基板很多线宽要求至少10mil，具体不同厂家不一样
我们用的是众一的（好多不够五百不给开发票）

alpha 发表于 2018-1-29 14:44
铝基板的价格如何？我可能要做一个大电机驱动。

用铝基板，最好配套买个200度左右的加热平台，不然焊接很痛苦，散热太快，锡融化不了
焊完板子还可以搞个铁板烧（误）
淘宝上一般都是加热到500°的加热平台（10x10cm，160左右）
我们业余用那个加热平台提取废板子上的芯片，热到300度，镊子夹谁谁下来

如果让他嘎斯 发表于 2018-1-29 16:18
用铝基板，最好配套买个200度左右的加热平台，不然焊接很痛苦，散热太快，锡融化不了
焊完板子还可以搞个 ...

OK，了解啦～