🛠️ 立创 EDA 逐模块绘制步骤
基于 foc_open 开源项目修改,把「关节驱动板」原理图从克隆、改模块、加关节专用功能到 PCB 布局、BOM、首次上电调试完整落地——跟着做约 2 小时即可完成原理图。
立创 EDA
foc_open
原理图绘制
STM32G4
DRV8323
BOM
🎯 本页学习目标
1. 能说清为什么「不要从零画」,直接克隆 foc_open 开源项目修改可节省 80% 时间
2. 能区分「保留不动 / 需要修改 / 需要新增」三类电路,并记住电流采样电阻、MOS 选型、地分割三项必改点
3. 能列出关节专用的 8 个新增模块(磁编码器 / CAN / NTC / 母线电压采样 / 抱闸 / LED / 测试点 / SWD)
4. 能背出 PCB 布局三大铁律与 4 层板、2oz 铜厚的规格建议
5. 能按第一次上电调试的 8 步顺序安全上电,并读懂 BOM(整套约 ¥130)
建议用时:约 40~60 分钟(建议边看边对照你的立创工程)
1 克隆基础项目(5 分钟)
不要从零开始画!直接克隆成熟项目修改,节省 80% 时间:
- 打开立创 EDA:https://oshwhub.com/lxs2020/foc_open
- 点击右上角「克隆工程」,复制到自己账号
- 打开克隆后的工程,进入原理图编辑器
✅ 勘误已应用(2026-09-05,依据 10 号《交叉认证与芯片选型报告》):DRV8323 自举电容表述已更正为电荷泵拓扑(VCP-VM 1μF);功率线宽统一为 ≥150mil(2oz);主控统一为 STM32G431CBU6;MOS 更换为 40V 等级;母线电解提升至 50V;料号「DRV8323RS」更正为标准料号 DRV8323R。
✅ 这个项目已经帮你做好了 80% 核心电路:
STM32G4 最小系统 / DRV8323R 预驱 / 6 颗 MOS 三相桥 / 电流采样 / Buck 电源
1.9 万浏览、多人复刻成功、有 B 站视频、有开源代码,踩坑少
2 保留不动的电路(80% 直接用)
| 模块 | 是否保留 | 注意事项 |
|---|
| STM32G4 最小系统 | 保留 | 可升级为 G474RET6(Pin 对 Pin 兼容),不换也够用 |
| DRV8323R 核心电路 | 保留 | 电荷泵电容(VCP-VM 1μF)必须紧贴芯片,不要改——DRV8323 为电荷泵拓扑,无 BOOT/SH 自举电容(勘误依据:10 号交叉认证报告) |
| 6 颗 MOS 半桥电路 | 保留 | 栅极电阻 10Ω 要放在 MOS 端,不要放预驱端 |
| DRV8323 内置 Buck 电路 | 保留 | 直接输出 5V/3.3V,省掉外置 DCDC |
3 需要修改的模块(20%)
修改 1 电流采样电阻(必改!)
原项目原理图写 0.1Ω 实际太大,会导致大电流时采样饱和:
- 3 个采样电阻改为 5mΩ 2512 封装 1W 1% 合金电阻
- 做大电流(15A+)用 3mΩ
- ⚠️ 必须 Kelvin 开尔文连接:从电阻焊盘内侧单独引两根细线到 DRV8323 的 SN/SP 引脚
修改 2 MOS 管选型
| 电压等级 | 型号 | 封装 | 立创编号 | 参数 |
|---|
| 24V 系统(推荐首版) | 40V 等级 DPAK(如 AOD4185,按库存核对) | DPAK | 按选型核对 | 40V/低 Rds(on)——勘误:原 IRLR7843(30V) 对 24V 母线仅 1.25 倍余量,不满足「≥1.5 倍」规则 |
| 48V 系统 | 80V 及以上等级 MOS | 按预驱方案配套 | 按选型核对 | 勘误:原 BSC010N04LS(40V) 对 48V 母线余量不足 |
栅极电阻 Rg = 10Ω(0603),必须紧贴 MOS 栅极焊盘放置
修改 3 地分割优化
- DRV8323 的 AGND 和 PGND 引脚分开走线
- 模拟采样区单独铺 AGND 铜皮
- AGND 和 PGND 在三个采样电阻中间位置用一个 0Ω 电阻单点连接
4 需要新增的模块(关节专用功能)
新增 1 磁编码器接口 ⭐⭐⭐
推荐:外接编码器小板(不要板载!机械安装更灵活)
编码器接口(GH1.25-6P 连接器):
引脚1: VCC_3V3 → 100nF 去耦 → GND
引脚2: GND
引脚3: ENC_SCK → MCU PA5 (SPI1_SCK)
引脚4: ENC_MISO ← MCU PA6 (SPI1_MISO) (串 33Ω 电阻)
引脚5: ENC_MOSI → MCU PA7 (SPI1_MOSI) (串 33Ω 电阻)
引脚6: ENC_NCS → MCU PA4 (SPI1_NSS)
编码器选型(二选一):
- MT6816CT-STD(QFN20,立创 C5262912,约 ¥8)国产性价比首选
- AS5047P(TSSOP14,约 ¥18)进口工业级,抗干扰更强
新增 2 CAN 总线接口 ⭐⭐⭐
CAN 收发器电路:
U: TJA1042T/3(SOIC8,立创 C111364,约 ¥3)
引脚1: TXD → MCU PA12 (CAN1_TX)
引脚2: GND → GND
引脚3: VCC → 5V + 100nF 去耦
引脚4: RXD → MCU PA11 (CAN1_RX)
引脚5: VREF → 悬空
引脚6: CANL → 连接器 CANL
引脚7: CANH → 连接器 CANH
引脚8: STB → GND(直接正常工作模式)
CANH-CANL 之间加 120Ω 0805 终端电阻
CANH/CANL 到 GND 各加 SMAJ24CA TVS 管防浪涌
新增 3 温度采样 NTC
3.3V → 10kΩ(0603) → NTC(10k 3950 0603) → GND
│
└→ MCU ADC PA0
└→ 10nF 电容 → GND(滤波)
NTC 贴在 MOS 旁边 PCB 上,>85°C 时软件降功率
新增 4 母线电压采样
VBUS → 100kΩ(0603) → 2.2kΩ(0603) → GND
│
└→ MCU ADC PB1
└→ 10nF 电容 → GND(滤波)
分压比≈1/46.5,24V 输入时 ADC 读到约 0.52V
新增 5 抱闸制动驱动 ⚠️ 关节必备
24V → 抱闸线圈 → NMOS(AO3400 SOT-23)漏极
NMOS 源极 → GND
NMOS 栅极 → 1kΩ → MCU PB0
└→ 10kΩ 下拉 → GND(默认关断)
⚠️ 续流二极管 SS34 方向绝对不能反:
阳极接 NMOS 漏极,阴极接 24V!
接反=上电直接短路炸板!
⚠️ 抱闸安全时序:
上电:先给电机建立保持力矩 → 再打开抱闸
断电:先关闭抱闸刹住 → 再断电机驱动
时序错了机械臂会掉落!
新增 6 LED 状态灯
电源灯(红): 3.3V → 1kΩ → LED → GND(一上电就亮)
运行灯(绿): 3.3V → 1kΩ → LED → MCU PB5(程序闪烁)
故障灯(红): 3.3V → 1kΩ → LED → MCU PB6(故障时常亮)
新增 7 测试点(不加后悔!)
以下网络必须放测试点(直径 ≥1mm 焊盘):
- VBUS / 5V / 3.3V(电源)
- U 相 / V 相 / W 相(相电压输出)
- IU / IV / IW(电流采样输出)
- nFAULT(DRV8323 故障引脚)
- ENC_SCK / ENC_MISO(编码器)
新增 8 SWD 调试口
4P 2.54mm 排针或 GH1.25-4P:VCC_3V3 / SWDIO(PA13) / SWCLK(PA14) / GND
5 PCB 布局三大铁律(违反必出问题)
🔴 第一铁律(最最重要):功率环路面积最小化
母线电容+ → 上桥 MOS → 相输出 → 下桥 MOS → 母线电容-
这个环路面积越小越好!这是决定 EMI 和开关稳定性的第一要素
🔴 第二铁律:栅极电阻紧贴 MOS
Rg(10Ω)必须焊在 MOS 栅极焊盘旁边,不是 DRV8323 旁边!
栅极走线长度 < 10mm,否则会振铃导致 MOS 炸管
🔴 第三铁律:电流采样 Kelvin 连接
从采样电阻焊盘内侧单独引两根细线到 SN/SP 引脚
不要和大电流主回路共用焊盘,否则采样不准 FOC 抖
推荐功能分区布局
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 电源输入(防反接/TVS) │ CAN/SWD/编码器接口 │ ← 板边
├───────────────────────┼───────────────────────┤
│ 母线电容+DRV8323 │ STM32G4 + 晶振 │ ← 功率区/控制区
│ +6颗MOS(散热铺铜) │ 去耦电容 │
├───────────────────────┼───────────────────────┤
│ (底层铺铜散热) │ 电流采样RC/NTC/电压采样│ ← 模拟区
└───────────────────────┴───────────────────────┘
PCB 规格建议
- 层数:4 层板(Top 信号 / GND 完整地 / Power 电源 / Bottom 功率铺铜),不要省这几十块钱
- 铜厚:2oz(70μm),MOS 散热好,线路压降小
- 线宽:功率路径 ≥150mil(3.8mm,25A 峰值,2oz 铜厚,与 06 号页线宽表统一),信号线 8-10mil,采样线 6-8mil
- 过孔:MOS 漏极焊盘打 9 个以上 0.3mm 过孔阵列到底层散热
6 BOM 表(直接搜立创编号下单)
| 元件 | 型号 | 立创编号 | 数量 | 单价 |
|---|
| 主控 MCU | STM32G431CBU6 (QFN48,与 06/10 号页统一;可升级 G474RET6,Pin 对 Pin 兼容) | 按料号核对 | 1 | ¥15~25 |
| 栅极预驱 | DRV8323R (VQFN-48 7×7mm;「DRV8323R」为 TI 评估板名,非标准料号) | 按料号核对 | 1 | ¥35 |
| MOS 管(24V) | 40V 等级 DPAK(如 AOD4185,按库存核对) | 按选型核对 | 6 | ≈¥3 |
| 磁编码器 | MT6816CT-STD (QFN20) | C5262912 | 1 | ¥8 |
| CAN 收发器 | TJA1042T/3 (SOIC8) | C111364 | 1 | ¥3 |
| 采样电阻 | 2512 5mΩ 1W 1% | 搜「2512 5毫欧」 | 3 | ¥0.5 |
| 栅极电阻 | 0603 10Ω | 通用 | 6 | ¥0.01 |
| 电荷泵电容 | 0805 1μF X7R 25V(VCP-VM) | 通用 | 1 | ¥0.02 |
| 母线电解 | 50V 220μF 10×10mm(勘误:原 25V 对 24V 母线裕量不足) | 通用 | 2 | ¥1 |
| 续流二极管 | SS34 (SMA) | C13882 | 1 | ¥0.2 |
| 抱闸 NMOS | AO3400 (SOT-23) | C20918 | 1 | ¥0.3 |
| 晶振 | 16MHz 3225 贴片 | C164044 | 1 | ¥0.5 |
💰 整套成本:BOM 约 ¥80 + PCB 打样 5 片约 ¥50 = 总计约 ¥130
7 原理图绘制时间表
| 步骤 | 操作 | 预计时间 |
|---|
| 1 | 克隆 foc_open 项目,浏览原原理图 | 15 分钟 |
| 2 | 替换 MCU 为 G474(可选)、修改采样电阻 | 10 分钟 |
| 3 | 新增编码器接口电路 | 10 分钟 |
| 4 | 新增 CAN 收发器电路 | 10 分钟 |
| 5 | 新增 NTC 温度、母线电压采样 | 5 分钟 |
| 6 | 新增抱闸驱动+LED+测试点+SWD | 15 分钟 |
| 7 | 加网络标签、DRC 检查改错 | 15 分钟 |
| 合计 | 原理图完成 | 约 1.5 小时 |
8 第一次上电调试顺序(安全第一!)
⚠️ 第一次上电必须按这个顺序来,否则可能炸板:
- 不接电机、不接编码器,用限流电源供电,电流限制先设 100mA
- 上电,测 3.3V/5V 是否正常,有没有元件发烫
- 接 SWD 下载器,确认能识别 MCU,下载点灯程序
- 输出 50% 占空比 PWM,示波器测栅极波形,确认没有振铃/直通
- 接电机(先不接负载),跑开环,看电机转不转,三相电流正弦度
- 校准电流采样零点,校准编码器零位
- 闭环 FOC,电流环→速度环→位置环,逐步整定参数
- 带负载测试,测 MOS 温度,正常后再装到关节上
9 本节自测
1. 本教程建议绘制原理图的第一步是?
💡 解析:直接克隆成熟项目修改可节省 80% 时间,不要从零开始画。选 B。
2. 原项目电流采样电阻应改为下列哪一项?
💡 解析:原项目 0.1Ω 太大,大电流时会采样饱和,应改为 5mΩ;做 15A+ 大电流用 3mΩ。选 B。
3. 栅极电阻 Rg(10Ω)的正确放置位置是?
💡 解析:栅极电阻要放在 MOS 端(不是预驱端),栅极走线长度 < 10mm,否则振铃导致 MOS 炸管。选 B。
4. 抱闸续流二极管 SS34 的正确接法是?
💡 解析:续流二极管阳极接 NMOS 漏极、阴极接 24V,方向反了会「上电直接短路炸板」。选 B。
5. 下列哪一项不属于 PCB 布局「三大铁律」?
💡 解析:三大铁律是功率环路面积最小化、栅极电阻紧贴 MOS、电流采样 Kelvin 连接。选 D。
6. 第一次上电调试的第一步是?
💡 解析:第一步是不接电机、不接编码器,用限流电源供电并把电流限制先设 100mA,再测 3.3V/5V。选 B。
10 小结与思考
📌 本节小结:本页给出立创 EDA 逐模块绘制步骤——以克隆 foc_open 开源项目为起点,保留 80% 核心电路(STM32G4 / DRV8323R / 6 颗 MOS / Buck 电源),修改电流采样电阻、MOS 选型、地分割三项,新增磁编码器、CAN、NTC、母线电压采样、抱闸、LED、测试点、SWD 共 8 个关节专用模块;PCB 严守「功率环路面积最小化 / 栅极电阻紧贴 MOS / Kelvin 采样」三大铁律并选 4 层板、2oz 铜厚;最后按第一次上电 8 步顺序安全调试,整套 BOM 约 ¥80、含 PCB 打样总计约 ¥130。
🤔 思考题:
1. 如果把 24V 系统首版的 IRLR7843 换成 48V 系统,为什么建议改用 BSC010N04LS?耐压、导通电阻与封装分别带来什么影响?
2. 抱闸续流二极管 SS34 接反会发生什么?结合「上电先建立保持力矩、断电先抱闸」的时序,说明抱闸电路在关节安全中的意义?
3. 电流采样为什么必须 Kelvin 连接?如果采样线和大电流主回路共用焊盘,FOC 会出现什么现象?
11 参考来源
资料整理更新至 2026-08。下列来源为绘制步骤与元件选型的主要依据,请以厂商最新数据手册为准,并在实机上验证参数。