lewe.geoefen
UM2154
Gebruikershandleiding
STEVE-SPIN3201: gevorderde BLDC-beheerder met ingeboude STM32 MCU-evaluasiebord
Inleiding
Die STEVAL-SPIN3201-bord is 'n 3-fase borsellose GS-motor-aandrywerbord gebaseer op die STSPIN32F0, 'n 3-fase-beheerder met 'n geïntegreerde STM32 MCU, en implementeer 3-shunt-weerstande as huidige leestopologie.
Dit bied 'n maklik-om-te gebruik oplossing vir die evaluering van die toestel in verskillende toepassings soos die huishoudelike toestel, waaiers, hommeltuie en kraggereedskap.
Die bord is ontwerp vir die sensorlose of sensorlose veldgeoriënteerde beheeralgoritme met 3-shunt-waarneming.
Figuur 1. STEVE-SPIN3201 evalueringsraad
Hardeware en sagteware vereistes
Die gebruik van die STEVAL-SPIN3201-evaluasiebord vereis die volgende sagteware en hardeware:
- 'n Windows ® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) om die sagtewarepakket te installeer
- 'n Mini-B USB-kabel om die STEVAL-SPIN3201-bord aan die rekenaar te koppel
- Die STM32 Motorbeheersagteware-ontwikkelingskit Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 'n 3-fase borsellose GS-motor met 'n versoenbare voltage en huidige graderings
- 'n Eksterne GS-kragbron.
Aan die gang
Die maksimum graderings van die direksie is die volgende:
- Krag stage toevoer voltage (VS) van 8 V tot 45 V
- Motorfasestroom tot 15 Arms
Om jou projek met die bord te begin:
Stap 1. Kontroleer die springerposisie volgens die teikenkonfigurasie (sien Afdeling 4.3 Oorstroomopsporing
Stap 2. Koppel die motor aan die koppelstuk J3 en sorg vir die volgorde van die motorfases.
Stap 3. Voorsien die bord deur die ingang 1 en 2 van die konnektor J2. Die DL1 (rooi) LED sal aanskakel.
Stap 4. Ontwikkel jou toepassing deur die STM32 Motorbeheersagteware-ontwikkelingskit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Hardeware beskrywing en konfigurasie
Figuur 2. Hoofkomponente en verbindings se posisies wys die posisie van die hoofkomponente en verbindings op die bord.
Figuur 2. Hoofkomponente en verbindingsposisies
Tabel 1. Hardeware instelling jumpers verskaf die gedetailleerde penout van die verbindings.
Tabel 1. Hardeware instelling jumpers
| Jumper | Toegelate konfigurasies | Verstek toestand |
| JP1 | Seleksie van VREG gekoppel aan V-motor | OOP |
| JP2 | Seleksie motor kragtoevoer gekoppel aan DC kragtoevoer | GESLUIT |
| JP3 | Keursaal-enkodeerdertoevoer na USB (1) / VDD (3) kragtoevoer | 1 – 2 GESLUIT |
| JP4 | Keuse-terugstelling van ST-LINK (U4) | OOP |
| JP5 | Seleksie PA2 gekoppel aan Saal 3 | GESLUIT |
| JP6 | Seleksie PA1 gekoppel aan Saal 2 | GESLUIT |
| JP7 | Seleksie PA0 gekoppel aan Saal 1 | GESLUIT |
Tabel 2. Ander verbindings, jumper en toetspunte beskrywing
|
Naam |
Speld vas | Etiket |
Beskrywing |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Motor kragtoevoer |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Toestel hoofkragtoevoer (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | 3-fase BLDC motor fase aansluiting |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Hall/enkodeerder sensors koppelstuk |
| 4 – 5 | J4 | Saalsensors/enkodeerdertoevoer | |
| J5 | – | J5 | USB-invoer ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK kragtoevoer |
| 2 | CLK | SWCLK van ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO van ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | KARTJIE |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK herstel |
| TP1 | – | GREG | 12 V voltage reguleerder uitset |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | SPOED | Spoed potensiometer uitset |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (uitset op-amp sin 1) |
| TP6 | – | V-BUS | VBus terugvoer |
| TP7 | – | UIT_U | Uitset U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (uitset op-amp sin 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (uitset op-amp sin 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | UIT_V | Uitset V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | UIT_W | Uitset W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
kring beskrywing
Die STEVAL-SPIN3201 bied 'n volledige 3-shunt FOC-oplossing saamgestel uit 'n STSPIN32F0 - gevorderde BLDC-beheerder met 'n ingeboude STM32 MCU - en 'n driedubbele halfbrugkrag stage met die NMOS STD140N6F7.
Die STSPIN32F0 genereer outonoom al die vereiste toevoer voltages: die interne DC/DC-bok-omskakelaar verskaf 3V3 en 'n interne lineêre reguleerder verskaf 12 V vir die hekaandrywers.
Die huidige terugvoer sein kondisionering word uitgevoer deur drie van die operasionele ampversterkers wat in die toestel ingebed is en 'n interne vergelyker voer oorstroombeskerming teen shuntweerstande uit.
Twee gebruikersknoppies, twee LED's en 'n trimmer is beskikbaar om eenvoudige gebruikerskoppelvlakke te implementeer (bv. om die motor te begin/stop en teikenspoed te stel).
Die STEVAL-SPIN3201-bord ondersteun die kwadratuur-enkodeerder en digitale Hall-sensors as motorposisie-terugvoer.
Die bord bevat 'n ST-LINK-V2 wat die gebruiker toelaat om firmware te ontfout en af te laai sonder enige ekstra hardeware-instrument.
4.1 Hall/enkodeerder motorspoedsensor
Die STEVAL-SPIN3201-evaluasiebord ondersteun die digitale Hall- en kwadratuur-enkodeerdersensors as motorposisieterugvoer.
Die sensors kan aan die STSPIN32F0 gekoppel word deur die J4-aansluiting wat in gelys word
Tabel 3. Saal/enkodeerder-verbinding (J4).
| Naam | Speld vas | Beskrywing |
| Saal 1/A+ | 1 | Saalsensor 1/enkodeerder uit A+ |
| Saal 2/B+ | 2 | Saalsensor 2/enkodeerder uit B+ |
| Saal 3/Z+ | 3 | Saalsensor 3/enkodeerder nul terugvoer |
| VDD sensor | 4 | Sensortoevoer voltage |
| GND | 5 | Grond |
'n Beskermingsreeksweerstand van 1 kΩ is in 'n reeks met sensoruitsette gemonteer.
Vir sensors wat 'n eksterne optrek benodig, is drie 10 kΩ weerstande reeds op die uitsetlyne gemonteer en aan die VDD vol gekoppeltage. Op dieselfde lyne is 'n voetspoor vir aftrekweerstande ook beskikbaar.
Die jumper JP3 kies die kragtoevoer vir die sensortoevoer voltage:
- Spring tussen pen 1 – pen 2: Hallsensors aangedryf deur VUSB (5 V)
- Spring tussen pen 1 – pen 2: Hallsensors aangedryf deur VDD (3.3 V)
Die gebruiker kan sensoruitsette van die MCU GPIO-openingjumpers JP5, JP6 en JP7 ontkoppel.
4.2 Stroomwaarneming
In die STEVAL-SPIN3201-bord word die stroomwaarnemingseinkondisionering uitgevoer deur drie van die operasionele ampversterkers wat in die STSPIN32F0-toestel ingebed is.
In 'n tipiese FOC-toepassing word die strome in die drie halfbrûe waargeneem deur 'n shuntweerstand op die bron van elke laekant-kragskakelaar te gebruik. Die sin voltage seine word aan 'n analoog-na-digitaal-omsetter verskaf om die matriksberekening wat verband hou met 'n sekere beheertegniek uit te voer. Daardie sintuie word gewoonlik verskuif en ampondersteun deur toegewyde op-amps om die volle reeks van die ADC te ontgin (verwys na Figuur 3. Huidige waarnemingskema bv.ample).
Figuur 3. Stroomwaarnemingskema bvample
Die waarnemingseine moet verskuif en gesentreer word op VDD/2 voltage (ongeveer 1.65 V) en ampweer gelys wat die passing verskaf tussen die maksimum waarde van die waargeneemde sein en die volskaalse reeks van die ADC.
Die voltage verskuiwing stage stel verswakking (1/Gp) van die terugvoersein in wat saam met die wins van die nie-omkeerkonfigurasie (Gn, vasgestel deur Rn en Rf), bydra tot die algehele wins (G). Soos reeds genoem, is die doel om die geheel te vestig amplifikasienetwerkwins (G) sodat die voltage op die shuntweerstand wat ooreenstem met die maksimum motor toegelate stroom (ISmax piekwaarde van motor aangeslane stroom) pas by die reeks van voltages leesbaar deur die ADC.
Let wel dat, sodra G vasgestel is, dit beter is om dit te konfigureer deur die aanvanklike verswakking 1/Gp soveel as moontlik te verlaag en dus die wins Gn. Dit is belangrik om nie net die sein deur die geraasverhouding te maksimeer nie, maar ook om die effek van die op-amp intrinsieke offset op die uitset (proporsioneel tot Gn).
Die wins en die polarisasie voltage (VOPout, pol) bepaal die werkende reeks van die stroomwaarnemingskring:
Waar:
- IS- = maksimum verkry stroom
- IS+ = maksimum gesinkte stroom wat deur die stroombaan waargeneem kan word.
Tabel 4. STEVE-SPIN3201 op-ampse polarisasie netwerk
|
Parameter |
Deel verwysing | Rev. 1 |
Rev. 3 |
| Rp | R14, R24, R33 | 560 Ω | 1.78 kΩ |
| Ra | R12, R20, R29 | 8.2 kΩ | 27.4 kΩ |
| Rb | R15, R25, R34 | 560 Ω | 27.4 kΩ |
| Rn | R13, R21, R30 | 1 kΩ | 1.78 kΩ |
| Rf | R9, R19, R28 | 15 kΩ | 13.7 kΩ |
| Cf | C15, C19, C20 | 100 pF | NM |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOPout, pol | – | 1.74 V | 1.65 V |
4.3 Oorstroomopsporing
Die STEVAL-SPIN3201-evaluasiebord implementeer oorstroombeskerming gebaseer op die STSPIN32F0 geïntegreerde OC-vergelyker. Shunt-weerstande meet die lasstroom van elke fase. Die weerstande R50, R51 en R52 bring die voltage seine wat verband hou met elke lasstroom na die OC_COMP-pen. Wanneer die piekstroom wat in een van die drie fases vloei die geselekteerde drempel oorskry, word die geïntegreerde vergelyker geaktiveer en is al die hoëkantkragskakelaars gedeaktiveer. Hoëkantkragskakelaars word weer geaktiveer wanneer die stroom onder die drumpel val, en implementeer dus oorstroombeskerming.
Huidige drempels vir die STEVAL-SPIN3201-evalueringsbord word gelys in
Tabel 5. Oorstroomdrempels.
| PF6 | PF7 | Interne komp. drumpel | OC drumpel |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Hierdie drempels kan gewysig word deur die R43-voorspanningsweerstand te verander. Dit word aanbeveel om R43 hoër as 30 kΩ te kies. Om die waarde van die R43 vir 'n teikenstroomlimiet IOC te bereken, kan die volgende formule gebruik word:
waar OC_COMPth die voltage drumpel van die interne vergelyker (gekies deur die PF6 en PF7), en VDD is die 3.3 V digitale toevoer voltage verskaf deur die interne DCDC buck converter.
Deur die R43 te verwyder, word die huidige drempelformule soos volg vereenvoudig:
4.4 Bus voltage kring
Die STEVAL-SPIN3201 evalueringsbord verskaf die bus voltage aanvoeling. Hierdie sein word deur 'n voltage verdeler van die motortoevoer voltage (VBUS) (R10 en R16) en gestuur word na die PB1 GPIO (kanaal 9 van die ADC) van die ingebedde MCU. Die sein is ook beskikbaar op die TP6.
4.5 Hardeware gebruikerskoppelvlak
Die bord bevat die volgende hardeware gebruikerskoppelvlak-items:
- Potensiometer R6: stel die teikenspoed, bvample
- Skakelaar SW1: stel STSPIN32F0 MCU en ST-LINK V2 terug
- Skakelaar SW2: gebruikersknoppie 1
- Skakelaar SW3: gebruikersknoppie 2
- LED DL3: gebruiker LED 1 (skakel ook aan wanneer gebruiker 1 knoppie gedruk word)
- LED DL4: gebruiker LED 2 (skakel ook aan wanneer gebruiker 2 knoppies gedruk word)
4.6 Ontfout
Die STEVAL-SPIN3201-evaluasiebord sluit 'n ST-LINK/V2-1-ontfouter/programmeerder in. Die kenmerke wat op die ST-LINK ondersteun word, is:
- USB-sagteware heropsomming
- Virtuele com-poort koppelvlak op USB gekoppel aan PB6/PB7 penne van die STSPIN32F0 (UART1)
- Massaberging-koppelvlak op USB
Die kragtoevoer vir die ST-LINK word deur die gasheerrekenaar verskaf deur die USB-kabel wat aan die J5 gekoppel is.
Die LED LD2 verskaf ST-LINK kommunikasie status inligting: - Rooi LED flikker stadig: by aanskakeling voor USB-inisialisasie
- Rooi LED flikker vinnig: na die eerste korrekte kommunikasie tussen die rekenaar en ST-LINK/V2-1 (opsomming)
- Rooi LED AAN: inisialisering tussen die rekenaar en ST-LINK/V2-1 is voltooi
- Groen LED AAN: suksesvolle inisialisering van teikenkommunikasie
- Rooi/groen LED flikker: tydens kommunikasie met die teiken
- Groen AAN: kommunikasie voltooi en suksesvol
Die terugstelfunksie word van die ST-LINK ontkoppel deur die jumper J8 te verwyder.
Hersieningsgeskiedenis
Tabel 6. Dokumenthersieningsgeskiedenis
| Datum | Hersiening | Veranderinge |
| 12-Des-20161 | 1 | Aanvanklike vrystelling. |
| 23-Nov-2017 | 2 | Bygevoeg Afdeling 4.2: Stroomwaarneming op bladsy 7. |
| 27-2018 Feb | 3 | Geringe wysigings regdeur die dokument. |
| 18-Aug-2021 | 4 | Geringe sjabloonkorreksie. |
STMicroelectronics NV en sy filiale (“ST”) behou die reg voor om enige tyd sonder kennisgewing veranderinge, regstellings, verbeterings, wysigings en verbeterings aan ST-produkte en/of hierdie dokument aan te bring. Kopers moet die nuutste relevante inligting oor ST-produkte bekom voordat hulle bestellings plaas. ST-produkte word verkoop ingevolge ST se verkoopsbepalings en -voorwaardes wat ten tyde van bestellingserkenning in plek is. Kopers is alleen verantwoordelik vir die keuse, keuse en gebruik van ST-produkte en ST aanvaar geen aanspreeklikheid vir aansoekhulp of die ontwerp van Kopers se produkte nie.
BELANGRIKE KENNISGEWING - LEES ASSEBLIEF SORGVULDIG
Geen lisensie, uitdruklik of geïmpliseer, tot enige intellektuele eiendomsreg word hierin deur ST toegestaan nie.
Herverkoop van ST-produkte met bepalings anders as die inligting wat hierin uiteengesit word, sal enige waarborg wat deur ST vir sodanige produk verleen word, nietig verklaar.
ST en die ST-logo is handelsmerke van ST. Vir bykomende inligting oor ST-handelsmerke, verwys asseblief na www.st.com/handelsmerke. Alle ander produk- of diensname is die eiendom van hul onderskeie eienaars.
Inligting in hierdie dokument vervang en vervang inligting wat voorheen in enige vorige weergawes van hierdie dokument verskaf is.
© 2021 STMicroelectronics – Alle regte voorbehou
Dokumente / Hulpbronne
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Gevorderde BLDC-beheerder met ingeboude STM32 MCU-evalueringsbord [pdfGebruikershandleiding UM2154, STEVAL-SPIN3201 Gevorderde BLDC-beheerder met ingeboude STM32 MCU-evalueringsbord |
