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【 DigiKey DIY原创大赛】自平衡莱罗三角形(三)- 电路模块组成

以下图纸为大神45roll所做,分模块绘图。从上到下从左到右分别为Type-C接口,DCDC降压电路,ESP32模块,电池电压采样电路。外部5V供电由cn3300升压到12V给三串锂电池充电,同时驱动直流电机,电池由cm1010进行充放电保护。该12V由tps54331降压到5V,该5V给电机驱动芯片供电,同时由LM1117降压到3.3V给单片机供电。

Type-C接口,只有电源功能,没有数据线,比较遗憾的一个点。

DCDC升压电路,Type-C接口5V供电由cn3300升压到12V给三串锂电池充电,CN3300是一款工作于4V到28V的PFM升压型电池充电控制集成电路。 CN3300内部集成有基准电压源,+5V电压调制单元,电感电流检测单元,电池电压检测电路和片外N沟道MOSFET驱动电路等,具有外部元件少,电路简单等优点。当接通输入电源时,CN3300进入充电状态,控制片外N沟道MOSFET导通,电感电流上升,当上升到外部电流检测电阻设置的上限时,片外N沟道MOSFET截止,电感电流下降,电感中的能量转移到电池中。当电感电流下降到外部电流检测电阻设置的下限时,片外N沟道MOSFET再次导通,如此循环。电池电压通过电阻分压网络反馈到FB管脚,当FB管脚电压达到1.205V(典型值)时,充电过程结束,片外N沟道MOSFET保持截止状态。当FB管脚电压下降到再充电阈值时,CN3300再次进入充电状态。CN3300最高工作频率可达1MHz。输出电压由外部分压配置为任意输出电压。本电路中由11.7K和1.2K电阻配置输出电压,计算公式为V=(1+11.7/1.2)*1.205=12.48V。同时驱动直流电机,电池由cm1010进行充放电保护,CM1010 系列内置有高精度电压检测电路和延迟电路,通过检测电池的电压实现对电池组的均衡,适用于多节锂离子/锂聚合物电池包的均衡。

ESP32wroom,ESP-WROOM-32是一款通用型Wi-Fi + 蓝牙双模无线通信模组,该模组支持802.11 b/g/n/e/i Wi-Fi协议以及Bluetooth 4.0 BLE(蓝牙低能耗),它集成了高性能的Tensilica LX6双核处理器,支持超低功耗待机。官方提供了丰富的开发资源,包括IDF编译工具链、ESP-IDF框架等,这些都可以在乐鑫科技的官方网站上找到。此外,还有大量的教程和技术文档可供参考,帮助开发者快速上手。

DCDC降压电路,将12V电压降为5V为电机驱动芯片供电,TPS54331 器件是一款 28V、3A 非同步降压转换器,集成有一个低 RDS(on) 的高侧 MOSFET。为了提高轻负载条件下的效率,将自动激活脉冲跳跃 Eco-mode 特性。此外,1μA 的关断电源电流使得此器件可用于电池供电类应用。具有内部斜坡补偿的电流模式控制简化了外部补偿计算,并在允许使用陶瓷输出电容器的同时减少了元件数量。一个电阻分压器对输入欠压锁定的迟滞进行编程。过压瞬态保护电路可限制启动期间和瞬态条件下的电压过冲。逐周期电流限制方案、频率折返和热关断特性可在过载条件下对器件和负载施加保护。降压由外部电阻56K和10K配置输出电压,计算公式为V=(1+56/10)*0.8=5.28V。5V电压为直流无刷电机驱动器EG2133供电。

直流电机驱动电路,EG2133 是一款高性价比的大功率 MOS 管、IGBT 管栅极驱动专用芯片,内部集成了逻辑信号输入处理电路、死区时控制电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路。EG2133 高端的工作电压可达 300V,低端 VCC 的电源电压范围宽 4.5V~20V。该芯片具有闭锁功能防止输出功率管同时导通,输入通道 HIN 和 LIN 内建了一个下拉和上拉电阻,在输入悬空时使上、下功率MOS 管处于关闭状态,输出电流能力 IO +1.2A/-1.4A。

检测电机转速用的是AS5600,

AS5600是一款易于编程的磁性旋转位置传感器,具有高分辨率的12位模拟或PWM输出。这种无接触系统测量轴向磁化的直径磁铁的绝对角度。AS5600专为无接触式电位器应用而设计,其坚固的设计消除了任何均匀外部杂散磁场的影响。行业标准的I²C接口支持简单的用户编程,无需专用编程器即可对非易失性参数进行编程。默认情况下,输出表示从0到360度的范围。通过编程零角度(起始位置)和最大角度(停止位置),还可以定义较小的输出范围。AS5600还配备了智能低功耗模式功能,以自动降低功耗。一个输入引脚(DIR)选择输出极性与旋转方向的关系。如果DIR连接到地,则输出值随顺时针旋转增加。如果DIR连接到VDD,则输出值随逆时针旋转增加。

三轴加速度传感器采用MPU-60X0是世界上第一款集成的6轴MotionTracking设备,将3轴陀螺仪、3轴加速度计和数字运动处理器™(DMP)全部集成在一个小型4x4x0.9mm的封装中。凭借其专用的I2C传感器总线,它可以直接接受外部3轴指南针的输入,提供完整的9轴MotionFusion™输出。MPU-60X0 MotionTracking设备通过其6轴集成、板载MotionFusion™和运行时校准固件,使制造商能够消除对离散设备的昂贵且复杂的选择、认证和系统级整合,为消费者保证最佳运动性能。MPU-60X0还设计用于在其辅助I²C端口上与多个非惯性数字传感器(如压力传感器)接口。MPU-60X0与MPU-30X0系列引脚兼容。 MPU-60X0具有三个16位模数转换器(ADCs),用于数字化陀螺仪输出,以及三个16位ADCs用于数字化加速度计输出。为了精确追踪快速和慢速动作,该部件具有用户可编程的陀螺仪满量程范围±250, ±500, ±1000 和 ±2000°/秒(dps)以及用户可编程的加速度计满量程范围±2g, ±4g, ±8g 和 ±16g。 片上1024字节FIFO缓冲区通过允许系统处理器以突发方式读取传感器数据,然后在MPU收集更多数据时进入低功耗模式,从而帮助降低系统功耗。凭借所有必要的片上处理和传感器组件来支持许多基于运动的用例,MPU-60X0独特地实现了便携式应用中的低功耗MotionInterface应用,并减少了系统处理器的处理需求。通过提供集成的MotionFusion输出,MPU-60X0中的DMP卸载了系统处理器密集的运动处理计算需求,最大限度地减少了频繁轮询运动传感器输出的需要。 使用I2C以400kHz或SPI以1MHz(仅限MPU-6000)与设备的所有寄存器进行通信。对于需要更快通信的应用,可以使用SPI以20MHz(仅限MPU-6000)读取传感器和中断寄存器。其他功能包括嵌入式温度传感器和带有±1%操作温度范围内变化的片上振荡器。 通过利用其专利的、经过大规模验证的Nasiri-Fabrication平台,该平台通过晶圆级键合将MEMS晶圆与配套的CMOS电子器件集成在一起,InvenSense将MPU-60X0封装尺寸缩小到革命性的4x4x0.9mm(QFN),同时提供了手持消费电子产品所需的最高性能、最低噪声和最低成本的半导体封装。该部件具有坚固的10,000g抗冲击能力,并为陀螺仪、加速度计和片上温度传感器配备了可编程的低通滤波器。

电路板图纸如下。

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