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用DRV11873驱动硬盘主轴,随意控制

高工
2013-10-12 10:00:23     打赏

看坛子里很多人都喜欢玩硬盘主轴电机,改个砂轮机什么的,手上也有一个报废硬盘,还是10多年上初中时从486类型的电脑里拆出来的
稀里糊涂什么都不懂就给拆开了,那时候就想怎么驱动这个主轴电机玩,当时对三相无刷电机并不了解,用NE555+CD4017按步进电机驱动方式做了一个
驱动器,原理就是A,B,C三相轮流依次通电,当然,这样做的结果可想而知,电机可以以极其极其缓慢的速度蠕动,并且是一格一格转
动,转速低不说,效率也极低,电机发热严重,如果提高时钟脉冲,电机会丢步根本不转了,原地发抖打颤,再加上当时搜罗无刷电机控制器
几乎都是需要霍尔位置传感器的,线路复杂价钱昂贵,玩了两天不成功就扔箱底了。后来还得到过几个三相无刷电机,都是无传感器的,也找过驱动,无非就是用3个TDA2030组成自激振荡电路推着玩,虽然能转,但是发热大,效率低,不可控制,没什么实用价值。

就是这么个硬盘,还是双碟的,什么型号什么品牌已经无从考究,10年历史肯定有了

那时候用NE555+CD4017做的驱动器,驱动采用BJT,也不是半桥驱动,
只能让电机以极慢的速度一格一格的转动



驱动硬盘主轴电机虽然可以用原线路板,,虽然能够转动,但是也没法控制他,也想过从硬盘线路板上,扣下驱动芯片,但是这些芯片一般都是硬盘厂商向ST,松下什么定制的,根本查不到DataSheet;用单片机控制又不会,所以,有电机,无从驱动也是很头疼的事。

后来发现TI推出了一系列的电机驱动芯片,其中有两颗是三相无传感器无刷直流电机的驱动,都是为散热风扇设计的
型号分别是:DRV10866和DRV11873,其中DRV10866功率很小电压很低暂不考虑,而DRV11873这颗芯片,是一款三相无传感器电机驱动器,具有驱动电流能力高达1.5A(持续)和2A(峰值)的集成功率MOSFET半桥。 专门设计用于低噪声和低外部组件数量的风扇电机驱动应用。无需外部电流感测电阻器即可实现过流保护。同步整流运行模式可增加电机驱动器应用的效率;有两个引脚 用开漏输出来表示电机状态;针对三相电机执行150°无传感器BEMF 控制系统配置,芯片采用高效散热的16 引脚薄型小尺寸(TSSOP) 封装。额定运行温度范围为-40°C 至125°C,工作电压DC5-16V,虽然是驱动风扇的,但看起来似乎也很适合驱动硬盘主轴电机,更可喜的是,这个芯片不是数字通讯接口,不需要MCU控制就能工作
介绍上说的非常带劲,我立刻想起来压箱底的老硬盘
立刻杀去中关村,这都是去年的事了,那时新中发有一个挺大的铺位专卖TI的芯片,老板人也不错,但现在搬家了,问了一下,DRV11873,得从深圳发货,倒是不贵,7块大洋一颗,等了3天,拿到手2颗DRV11873

就是个芯片,为了给风扇用的,所以采用小体积TSSOP-16封装,散热器在肚子底下,通过PCB的铜箔散热
TI似乎很喜欢这样,很多功率芯片都做成TSSOP封装,然后靠肚子下面焊在PCB上散热,不过TI有这个实力,芯片自身损耗确实很小

这么小的芯片,自然转接板的伺候,不过这样就没法做散热了
想想反正是实验,大不了在芯片顶上加散热吧,相信TI的实力,发热应该很小

焊上芯片,现在手工焊接TSSOP已经驾轻就熟,不用拖焊,没有粘连,一次成功
诀窍是这样:事先在焊盘上涂一层松香水,要厚一点,然后把芯片放上,一般PCB出厂时焊盘都已经喷过锡
用尖头烙铁,上面可以粘一点点锡或者不粘锡,直接顺着焊盘方向推向管脚,用焊盘上喷的薄薄一层锡就焊上芯片了,如果不够,在烙铁头上稍补点锡,
松香要多放,这样不容易粘连。不要怕丑,PCB不是用来欣赏的,而是用来使用的。

由于线路非常简单,临时决定把一些阻容元件之间焊在转接板上,省的画主电路板了


既然基本所有元件都焊上了,剩下主要就是引出线的事了,
由于还有功能设定接口,信号输入,输出接口,所以,还是有必要做一块板承接这些
所有的接口,非常简单
主线路板就用洞洞板吧
懒得再画了,还得腐蚀,打孔,麻烦

引出一边的插针

背面

再焊另一侧,这就完工了,一个三相无传感器无刷直流电机的驱动模块做好了

背面的走线

下面接上硬盘进行测试,DRV11873有4个控制端口对电机进行控制
分别是:
FS,置于0适用于低速电机,置于1适用于高速电机,硬盘主轴应该算高速电机吧
CS,电流设定,通过接在该引脚的一个电阻设定保护电流,范围是0.5A~2A,由于没加散热,比较保守设置为0.66A左右
FR,改变这个引脚的电平就可以改变电机的转动方向
PWMIN,这个是调速用的,DataSheet中指出,调速的方式有两种,一种是改变工作电压,另一种就是利用这个端口,通过改变输入脉冲的占空比调节
电机转速,如果不输入信号,则按最大转速输出

接上电机,电源是7.2V锂电池组,这个电机放了N年之久,能不能转都不知道
而且,这个芯片适合不适合这个电机也很难说,中轴上粘的一小块红胶布是指示旋转的

通电,出乎意料,主轴立刻旋转了起来,加速平稳有力,由于没有转速表,无法测得
电机的转速,但是从声音上判断,从启动到稳定旋转大约用了3秒左右,之后旋转很稳定
这个盘年代久远,上面落了很多灰尘,噪音很大,嗡嗡做响


测量了一下电流,7.8V左右供电时,启动电流约0.55A,平稳运转后,电流是0.18A
开了闪光灯,快门速度快,电机好像停了实际是在转动


测试了下芯片的其他功能,正转倒转没什么新鲜的,插上跳线帽,电机正转,拔掉就反转
那个选择高速低速电机也试了试,感觉没什么区别,电机该怎么转就怎么转
至于PWM调速,过几天做一个NE555的PWM装置再测试吧

还有一个转速信号输出,应该是通过检测反电动势算出的,配合频率计可以得出电机转速,电脑CPU风扇的测速线也是这个原理。
根据DataSheet所述,FG端口随电机转速变化以频率方式输出一个占空比为50%的方波信号,
其转速与频率的关系可由公式 rpm=(FG×60)/电机相数 算出,电机是三相的,所以转速 rpm= FG*20(FG单位Hz)
这是用频率计测得上电后听声音转速稳定下来时的频率,0.255KHz,计算得出电机转速是5100rpm

很有意思的是,电机上电后,转速很快到达5100rpm(0.255KHz)左右,稳定了几秒钟,开始缓慢上升,频率计尾数大约1秒钟向上跳一个字
也就是说,转速每秒钟有20rpm左右的提升
最终,到达5420rpm(0.271KHz)时,转速不再上升了,观察了5分钟,电机转速一直在5400rpm~5420rpm之间变化,幅度很小
这个硬盘过于老旧,不清楚其原始转速是多少,兴许原来就是5400转的硬盘,再提升电压应该还能提高转速,但有可能会使电机超速
不想把这个电机搞坏,也就没再提高电压




最后是电路图,非常简单,仅仅几个阻容元件就够了,这次用硬盘主轴电机测试取得成功,下次换别的
电机看看是什么效果。

结束!谢谢赏评!




关键词: DRV11873     驱动     硬盘     主轴     随意     控制         

菜鸟
2014-12-04 12:28:00     打赏
2楼

学习了,非常好的教程,就是不知道这个能做出什么样的产品,如果不能,还是没用处啊,每年报废多少硬盘啊

 


助工
2014-12-31 13:34:23     打赏
3楼

楼主有没有试试

5V 的USB供电电压能不能带起来?


院士
2014-12-31 21:26:26     打赏
4楼
学习了,赞一个,

菜鸟
2015-05-29 11:42:45     打赏
5楼
我是一名对此极其感兴趣的大学生,求请教,能留个联系方式么?

菜鸟
2015-05-30 14:09:34     打赏
6楼

楼主好厉害啊 佩服



菜鸟
2015-09-15 19:12:10     打赏
7楼

真心赞一个,学到东西了!


菜鸟
2015-09-16 00:50:09     打赏
8楼
DRV11873那个最大电流设置上的电阻多大的啊

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