SimpleFOC用にモータドライバ基板を起こしてみた

 この前BluepillとSimpleFOC miniでジンバル用モータを動かすことができたんだけど、電流センサをつけないとFOC制御とは呼べないと思うので電流センサも内蔵させた基板を起こしてみることに。

SimpleFOC miniも8V以上ってことでもうちょっと低い電圧から動かしたいし。

よくある、モータの後ろにそのまま取り付けできるような、角度センサも内蔵したモータドライバ基板を作ってみたかったし。

とりあえずKiCadの最新版を入れて、足りないフットプリントはRSのライブラリを使用してみた。

部品構成としてはマイコンはBluepillと同じSTM32F103CBT6、モータドライバはより低電圧から動作できるようにTMC6300、角度センサはこの前試したMT6701、電流センサはINA240にしてみた。
電流センサは最初ACS712がSimpleFOCフォーラムでも3.3Vでも見れる範囲は小さくなるけど一応動くということで手軽でいいなと思っていたんだけど、ホールエフェクト電流センサの近くに磁気エンコーダはまずいかな？と思ってシャント抵抗にした。
インライン電流センスにしたのでINA180でも良かったかもしれないけどINA240のTSSOP-8なら下にパターン通せるし。

電源回路はTMC6300の動作範囲にできるだけ合わせたかったのでTPS63070にしてみた。ESP32でブラシ付きモータ動かしてたときみたいに昇降圧にしておけば電圧下がってもリセットしにくいかなと。モータのトルクがどのぐらい出せるかわからないけど乾電池動作も可能かも。

ついでにこのモータドライバを複数枚使いたいときにCAN使えたらいいなと思ってCANトランシーバも乗っけてみてたり。最初はSimpleFOCのモニタとかをそのまま通せるようにRS-485にしようと思って設計していたんだけど、STM32F103にはRS-485 ModeがなかったのでGPIOでやるのも送信完了の処理が面倒そうだったのでやめた。CANトランシーバも思ったよりやすかったし。

モータよりほんの少しだけ小さい直径34mmに詰め込んでみた。

基板設計よくわからない。

丸田先生のCompact SimpleFOC Controller Boardのインスパイア的な感じかな…

CAD画面のスクショだと見づらいので3Dモードでのスクショはこんな感じ。シャント抵抗の3Dモデルはテキトー。本当は12mΩぐらい。2層基板に詰め込んでみた。はたして動くのだろうか

電子部品は結構アリエクでポチった。アリエクで大丈夫なのかな…

コネクタはJSTのフットプリントなんだけど互換の端子で行けるかな？互換の端子のほうが厚みはある気がする。

6PWMでコンプリメンタリタイマを使用するとシリアルブートローダのピンが使えなくなるのでBOOT0はGNDに直結。ライタはとりあえずBlackMagicProbeを使う予定。SWDのコネクタはRaspberry Pi Picoのパクリ。(小さいし)

ということでJLCPCBで発注してみた。

KiCADのFabrication Toolkitっていうプラグインを入れてZIPファイルを生成したらJLCPCBのサイトaにドラッグアンドドロップするだけだった。

ガーバビューワーも見やすい。とりあえず5枚で2ドル、送料がOCS NESで1ドルキャンペーンにPayPal手数料0.5ドルで合計530円ぐらいだった。

6/8に発注したら6/11には発送されていて、13日には関空に到着していたっぽい。そして今日ヤマトでネコポスとして到着。トラッキングは最初はOCSのサイトで確認できて、国内につくと同じトラッキングがヤマトで確認できるようになっていた。

あとは実装するだけ。TMC6300の真ん中のパッドが手ハンダできるようにスルーホールにしておけばよかったかな。ちょっと気合でハンダしないといけないかも。ホットプレートも安いの出てるし購入検討しようかな…

電子部品のほうがまだ全部揃ってないのでこんな感じで実装の表を作って待機かな。