الحياة
UM2154

دليل المستخدم

STEVE-SPIN3201: وحدة تحكم BLDC متقدمة مع لوحة تقييم STM32 MCU مضمنة

مقدمة

لوحة STEVAL-SPIN3201 عبارة عن لوحة قيادة بمحرك يعمل بالتيار المستمر بدون فرش ثلاثية الأطوار تعتمد على STSPIN3F32 ، وهي وحدة تحكم ثلاثية الطور مع STM0 MCU مدمجة ، وتنفذ مقاومات 3 تحويلات كطوبولوجيا قراءة حالية.
يوفر حلاً سهل الاستخدام لتقييم الجهاز في تطبيقات مختلفة مثل الأجهزة المنزلية والمراوح والطائرات بدون طيار والأدوات الكهربائية.
تم تصميم اللوحة من أجل خوارزمية التحكم في المجال المستشعر أو بدون أجهزة الاستشعار مع استشعار ثلاثي التحويل.

الشكل 1. مجلس التقييم STEVE-SPIN3201

متطلبات الأجهزة والبرامج

يتطلب استخدام لوحة التقييم STEVAL-SPIN3201 البرامج والأجهزة التالية:

• كمبيوتر شخصي بنظام Windows ® (XP ، Vista 7 ، Windows 8 ، Windows 10) لتثبيت حزمة البرامج
• كبل USB صغير B لتوصيل لوحة STEVAL-SPIN3201 بالكمبيوتر
• مجموعة أدوات تطوير برامج التحكم في المحركات STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
• محرك DC ثلاثي الأطوار بدون فرشاة مع حجم متوافقtagه والتقييمات الحالية
•  مصدر طاقة خارجي للتيار المستمر.

ابدء

الحد الأقصى لتصنيفات المجلس هو كما يلي:

• السلطة قtagه العرض المجلدtagه (VS) من 8 فولت إلى 45 فولت
• المرحلة الحركية الحالية تصل إلى 15 ذراعًا

لبدء مشروعك باللوحة:

خطوة 1. تحقق من موضع العبور وفقًا لتكوين الهدف (انظر القسم 4.3 كشف التيار الزائد
خطوة 2. قم بتوصيل المحرك بالموصل J3 مع مراعاة تسلسل مراحل المحرك.
خطوة 3. قم بتزويد اللوحة من خلال المدخلات 1 و 2 للموصل J2. سيضيء مؤشر DL1 (الأحمر).
خطوة 4. طور تطبيقك باستخدام STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).

وصف الأجهزة والتكوين

شكل 2. توضح مواضع المكونات والموصلات الرئيسية موضع المكونات والموصلات الرئيسية على اللوحة.
شكل 2. المكونات الرئيسية ومواقف الموصلات

الجدول 1. توفر وصلات عبور إعداد الأجهزة التوصيلات التفصيلية للموصلات.
الجدول 1. وصلات ربط الأجهزة

سترة	التكوينات المسموح بها	الشرط الافتراضي
جيه بي 1	اختيار VREG متصل بمحرك V.	يفتح
جيه بي 2	اختيار مزود طاقة المحرك متصل بمصدر طاقة التيار المستمر	مغلق
جيه بي 3	إمداد جهاز تشفير قاعة التحديد بمصدر طاقة USB (1) / VDD (3)	1-2 مغلق
جيه بي 4	إعادة تعيين التحديد لـ ST-LINK (U4)	يفتح
جيه بي 5	اختيار PA2 متصل بالقاعة 3	مغلق
جيه بي 6	اختيار PA1 متصل بالقاعة 2	مغلق
جيه بي 7	اختيار PA0 متصل بالقاعة 1	مغلق

الجدول 2. وصف الموصلات والعبور ونقاط الاختبار الأخرى

اسم	دبوس	ملصق	وصف
J1	1 – 2	J1	مصدر طاقة المحرك
J2	1 – 2	J2	مصدر الطاقة الرئيسي للجهاز (VM)
J3	1 – 2 – 3	يو ، في ، دبليو	اتصال مراحل محرك BLDC ثلاثي الأطوار
J4	1 – 2 – 3	J4	موصل مستشعرات القاعة / المشفر
	4 – 5	J4	مجسات القاعة / توريد جهاز التشفير
J5	–	J5	إدخال USB ST-LINK
J6	1	3 فولت 3	مصدر طاقة ST-LINK
	2	سي إل كيه	SWCLK من ST-LINK
	3	أرضي	أرضي
	4	دي او	SWDIO من ST-LINK
J7	1 – 2	J7	العربة
J8	1 – 2	J8	إعادة تعيين ST-LINK
TP1	–	جريج	12 فولت المجلدtagإخراج منظم ه
TP2	–	أرضي	أرضي
TP3	–	في دي دي	في دي دي
TP4	–	سرعة	سرعة الناتج الجهد
TP5	–	السلطة الفلسطينية 3	PA3 GPIO (مرجع الإخراج-amp بمعنى 1)
TP6	–	VBUS	ملاحظات VBus
TP7	–	OUT_U	إخراج يو
TP8	–	السلطة الفلسطينية 4	PA4 GPIO (مرجع الإخراج-amp بمعنى 2)
TP9	–	السلطة الفلسطينية 5	PA5 GPIO (مرجع الإخراج-amp بمعنى 3)
TP10	–	أرضي	أرضي
TP11	–	OUT_V	الناتج الخامس
TP12	–	السلطة الفلسطينية 7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	الإخراج W
TP14	–	3 فولت 3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	حجم USBtage
TP16	–	إدخال/إخراج	SWD_IO
TP17	–	سي إل كيه	SWD_CLK

وصف الدائرة

يوفر STEVAL-SPIN3201 حلاً FOC كاملًا مكونًا من 3 تحويلات يتكون من STSPIN32F0 - وحدة تحكم BLDC متقدمة مع STM32 MCU مدمجة - وقوة ثلاثية نصف الجسرtagه مع NMOS STD140N6F7.
يولد STSPIN32F0 بشكل مستقل كل حجم الإمداد المطلوبtages: يوفر محول باك DC / DC الداخلي 3V3 ويوفر منظم خطي داخلي 12 فولت لمحركات البوابة.
يتم تنفيذ تكييف إشارة التغذية الراجعة الحالية من خلال ثلاثة من العمليات التشغيلية ampرافعات مدمجة في الجهاز والمقارن الداخلي يؤدي حماية التيار الزائد من مقاومات التحويل.
يتوفر زري مستخدم ، واثنين من مصابيح LED ، وأداة تشذيب لتنفيذ واجهات مستخدم بسيطة (على سبيل المثال ، بدء / إيقاف المحرك وضبط السرعة المستهدفة).
تدعم اللوحة STEVAL-SPIN3201 المشفر التربيعي ومستشعرات القاعة الرقمية كتعليقات على موضع المحرك.
تشتمل اللوحة على ST-LINK-V2 مما يسمح للمستخدم بتصحيح وتنزيل البرامج الثابتة دون أي أداة أجهزة إضافية.

4.1 مستشعر سرعة محرك القاعة / المشفر
تدعم لوحة التقييم STEVAL-SPIN3201 القاعة الرقمية ومستشعرات التشفير التربيعي كتعليقات على موضع المحرك.
يمكن توصيل المستشعرات بـ STSPIN32F0 من خلال موصل J4 المدرج في

الجدول 3. موصل القاعة / المشفر (J4). 

اسم	دبوس	وصف
Hall1 / A +	1	مستشعر القاعة 1 / مخرج التشفير A +
Hall2 / B +	2	مستشعر القاعة 2 / مخرج التشفير B +
Hall3 / Z +	3	حساس القاعة 3 / التشفير صفر ردود الفعل
مستشعر VDD	4	مجس توريد أجهزة الاستشعارtage
أرضي	5	أرضي

مقاومة سلسلة حماية 1 كΩ مركب في سلسلة مع مخرجات أجهزة الاستشعار.
بالنسبة إلى المستشعرات التي تتطلب سحبًا خارجيًا ، تم بالفعل تركيب ثلاث مقاومات 10 كيلو أوم على خطوط الإخراج ومتصلة بـ VDD voltagه. على نفس الأسطر ، يتوفر أيضًا بصمة للمقاومات المنسدلة.

يحدد العبور JP3 مصدر الطاقة لحجم إمداد المستشعرtage:

• وصلة عبور بين السن 1 - دبوس 2: مستشعرات القاعة مدعومة بـ VUSB (5 فولت)
• وصلة عبور بين السن 1 - دبوس 2: مستشعرات القاعة التي تعمل بواسطة VDD (3.3 فولت)
  يمكن للمستخدم فصل مخرجات المستشعر عن وصلات فتح MCU GPIO JP5 و JP6 و JP7.

4.2 الاستشعار الحالي

في لوحة STEVAL-SPIN3201 ، يتم تنفيذ تكييف إشارة الاستشعار الحالية من خلال ثلاثة من العمليات التشغيلية ampرافعات مضمنة في جهاز STSPIN32F0.
في تطبيق FOC نموذجي ، يتم استشعار التيارات في نصف الجسور الثلاثة باستخدام مقاوم تحويل على مصدر كل مفتاح طاقة جانبي منخفض. المجلد الشعورtagيتم توفير إشارات e لمحول تناظري إلى رقمي من أجل إجراء حساب المصفوفة المتعلقة بتقنية تحكم معينة. هذه الإشارات الحسية عادة ما يتم إزاحتها و ampتم الاستدلال عليه من خلال عمليات مخصصةamps من أجل استغلال النطاق الكامل لـ ADC (راجع الشكل 3. مخطط الاستشعار الحالي على سبيل المثالampلو).

الشكل 3. مخطط الاستشعار الحالي على سبيل المثالample

يجب تبديل إشارات الإحساس وتركيزها على VDD / 2 voltagه (حوالي 1.65 فولت) و amplified مرة أخرى والذي يوفر المطابقة بين القيمة القصوى للإشارة المستشعرة والنطاق الكامل لـ ADC.
المجلدtagه التحول قtagيقدم e التوهين (1 / Gp) لإشارة التغذية المرتدة والذي يساهم ، جنبًا إلى جنب مع كسب التكوين غير العكسي (Gn ، المثبت بواسطة Rn و Rf) ، في الكسب الإجمالي (G). كما ذكرنا سابقًا ، فإن الهدف هو تحديد الإجمالي ampكسب شبكة lification (G) بحيث المجلدtage على المقاوم التحويلة المطابق للحد الأقصى للتيار المسموح به للمحرك (قيمة الذروة ISmax للتيار المقنن للمحرك) يناسب نطاق الحجمtagوفاق للقراءة من قبل ADC.

ملحوظة أنه بمجرد إصلاح G ، من الأفضل تكوينه عن طريق خفض التوهين الأولي 1 / Gp قدر الإمكان ، وبالتالي كسب Gn. هذا مهم ليس فقط لتعظيم الإشارة من خلال نسبة الضوضاء ولكن أيضًا لتقليل تأثير المرجعamp الإزاحة الجوهرية على المخرجات (بما يتناسب مع Gn).

الكسب والاستقطاب المجلدtage (VOPout ، pol) تحدد النطاق التشغيلي لدائرة الاستشعار الحالية:

أين:

• IS- = أقصى مصدر تيار
• IS + = أقصى تيار غارق يمكن أن تشعر به الدائرة.

الجدول 4. STEVE-SPIN3201 المرجع-ampشبكة الاستقطاب

المعلمة	مرجع الجزء	القِسْم 1	القِسْم 3
Rp	R14 ، R24 ، R33	560 أوم	1.78 kΩ
Ra	R12 ، R20 ، R29	8.2 kΩ	27.4 kΩ
Rb	R15 ، R25 ، R34	560 أوم	27.4 kΩ
Rn	R13 ، R21 ، R30	1 kΩ	1.78 kΩ
Rf	R9 ، R19 ، R28	15 kΩ	13.7 kΩ
Cf	ج15، ج19، ج20	100 بيكو فاراد	نيو مكسيكو
G	–	7.74	7.70
VOPout ، بول	–	1.74 فولت	1.65 فولت

4.3 كشف التيار الزائد

تقوم لوحة التقييم STEVAL-SPIN3201 بتنفيذ حماية ضد التيار الزائد بناءً على مقارن OC المتكامل STSPIN32F0. مقاومات التحويلة تقيس تيار الحمل لكل مرحلة. المقاومات R50 و R51 و R52 تجلب المجلدtagالإشارات الإلكترونية المرتبطة بكل تيار تحميل إلى دبوس OC_COMP. عندما يتجاوز تيار الذروة المتدفق في إحدى المراحل الثلاث العتبة المحددة ، يتم تشغيل المقارنة المتكاملة ويتم تعطيل جميع مفاتيح الطاقة الجانبية العالية. يتم تمكين مفاتيح الطاقة عالية الجانب مرة أخرى عندما ينخفض ​​التيار عن الحد الأدنى ، وبالتالي يتم تنفيذ حماية التيار الزائد.
يتم سرد العتبات الحالية للوحة التقييم STEVAL-SPIN3201 في

الجدول 5. عتبات زيادة التيار.

بي اف 6	بي اف 7	شركات داخلية عتبة	عتبة OC
0	1	شنومكس مف	20 أ
1	0	شنومكس مف	65 أ
1	1	شنومكس مف	140 أ

يمكن تعديل هذه العتبات عن طريق تغيير المقاوم التحيز R43. يوصى باختيار R43 أعلى من 30 كيلو أوم. من أجل حساب قيمة R43 لحد حالي مستهدف IOC ، يمكن استخدام الصيغة التالية:

حيث OC_COMPth هو المجلدtagعتبة المقارنة الداخلية (المحددة بواسطة PF6 و PF7) ، و VDD هو حجم الإمداد الرقمي 3.3 فولتtagه المقدمة من محول باك الداخلي DCDC.
إزالة R43 ، يتم تبسيط صيغة العتبة الحالية على النحو التالي:

4.4 حافلة المجلدtagالدائرة الإلكترونية

توفر لوحة التقييم STEVAL-SPIN3201 حجم الحافلةtagالاستشعار الإلكتروني. يتم إرسال هذه الإشارة من خلال المجلدtagمقسم من وحدة تزويد المحركtage (VBUS) (R10 و R16) وإرسالها إلى PB1 GPIO (القناة 9 من ADC) لوحدة MCU المضمنة. الإشارة متاحة أيضًا على TP6.

4.5 واجهة مستخدم الجهاز

تتضمن اللوحة عناصر واجهة مستخدم الأجهزة التالية:

• مقياس الجهد R6: يحدد السرعة المستهدفة ، على سبيل المثالample
• المحول SW1: يعيد تعيين STSPIN32F0 MCU و ST-LINK V2
• التبديل SW2: زر المستخدم 1
• التبديل SW3: زر المستخدم 2
• LED DL3: مؤشر LED للمستخدم 1 (يتم تشغيله أيضًا عند الضغط على زر المستخدم 1)
• LED DL4: مؤشر LED للمستخدم 2 (يتم تشغيله أيضًا عند الضغط على أزرار المستخدم 2)

4.6 تصحيح الأخطاء

تشتمل لوحة التقييم STEVAL-SPIN3201 على مصحح / مبرمج ST-LINK / V2-1. الميزات المدعومة في ST-LINK هي:

• إعادة تعداد برامج USB
• واجهة منفذ com افتراضية على USB متصلة بدبابيس PB6 / PB7 من STSPIN32F0 (UART1)
• واجهة تخزين كبيرة السعة على USB
  يتم توفير مصدر الطاقة لـ ST-LINK بواسطة الكمبيوتر المضيف من خلال كبل USB المتصل بـ J5.
  يوفر LED LD2 معلومات حالة اتصال ST-LINK:
• يومض مؤشر LED الأحمر ببطء: عند التشغيل قبل تهيئة USB
• يومض مؤشر LED الأحمر بسرعة: بعد أول اتصال صحيح بين الكمبيوتر و ST-LINK / V2-1 (التعداد)
• مؤشر LED الأحمر قيد التشغيل: اكتملت التهيئة بين الكمبيوتر الشخصي و ST-LINK / V2-1
• مؤشر LED الأخضر قيد التشغيل: تهيئة اتصال الهدف بنجاح
• وميض مؤشر LED باللون الأحمر / الأخضر: أثناء الاتصال بالهدف
• Green ON: تم الانتهاء من الاتصال بنجاح
  يتم فصل وظيفة إعادة التعيين عن ST-LINK عن طريق إزالة وصلة المرور J8.

تاريخ المراجعة

الجدول 6. تاريخ مراجعة الوثيقة

تاريخ	المراجعة	التغييرات
12-ديسمبر-20161	1	الإصدار الأولي.
23 نوفمبر 2017	2	تمت إضافة القسم 4.2: الاستشعار الحالي في الصفحة 7.
27-فبراير-2018	3	تعديلات طفيفة في جميع أنحاء المستند.
18 أغسطس 2021	4	تصحيح القالب البسيط.

تحتفظ شركة STMicroelectronics NV والشركات التابعة لها ("ST") بالحق في إجراء تغييرات وتصحيحات وتحسينات وتعديلات وتحسينات على منتجات ST و / أو على هذا المستند في أي وقت دون إشعار. يجب على المشترين الحصول على أحدث المعلومات ذات الصلة بمنتجات ST قبل تقديم الطلبات. تُباع منتجات ST وفقًا لشروط وأحكام البيع الخاصة بـ ST المعمول بها في وقت استلام الطلب. يتحمل المشترون وحدهم المسؤولية عن اختيار منتجات ST واختيارها واستخدامها ولا تتحمل ST أي مسؤولية عن مساعدة التطبيق أو تصميم منتجات المشترين. 

ملاحظة مهمة - يرجى القراءة بعناية

لا يتم منح أي ترخيص، صريحًا أو ضمنيًا، لأي حق من حقوق الملكية الفكرية من قبل شركة ST هنا.
إن إعادة بيع منتجات ST بأحكام مختلفة عن المعلومات الواردة هنا يؤدي إلى إبطال أي ضمان تمنحه شركة ST لهذا المنتج.
ST وشعار ST علامتان تجاريتان لشركة ST. للحصول على معلومات إضافية حول العلامات التجارية ST ، يرجى الرجوع إلى www.st.com/trademarks. جميع أسماء المنتجات أو الخدمات الأخرى هي ملك لأصحابها.
تحل المعلومات الواردة في هذه الوثيقة محل المعلومات المقدمة مسبقًا في أي إصدارات سابقة من هذه الوثيقة.

© 2021 STMicroelectronics – جميع الحقوق محفوظة

المستندات / الموارد

ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 وحدة تحكم BLDC متقدمة مع لوحة تقييم STM32 MCU مضمن [بي دي اف] دليل المستخدم UM2154 ، STEVAL-SPIN3201 وحدة تحكم BLDC متقدمة مع لوحة تقييم STM32 MCU مضمن

مراجع

• دليل المستخدم