жыццё.агг
UM2154
Кіраўніцтва карыстальніка
STEVE-SPIN3201: пашыраны кантролер BLDC з убудаванай ацэначнай платай STM32 MCU
Уводзіны
Плата STEVAL-SPIN3201 - гэта 3-фазная плата драйвера бесщеточного рухавіка пастаяннага току, заснаваная на STSPIN32F0, 3-фазным кантролеры з інтэграваным STM32 MCU і рэалізуе 3-шунтавыя рэзістары ў якасці тапалогіі счытвання току.
Гэта простае ў выкарыстанні рашэнне для ацэнкі прылады ў розных прылажэннях, такіх як бытавая тэхніка, вентылятары, беспілотнікі і электраінструменты.
Плата прызначана для сэнсарнага або бессенсарнага алгарытму кіравання, арыентаванага на поле, з 3-шунтавым зандзіраваннем.
Малюнак 1. Ацэначная плата STEVE-SPIN3201
Патрабаванні да апаратнага і праграмнага забеспячэння
Для выкарыстання ацэначнай платы STEVAL-SPIN3201 патрабуецца наступнае праграмнае і апаратнае забеспячэнне:
- ПК з Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) для ўстаноўкі пакета праграмнага забеспячэння
- USB-кабель mini-B для падлучэння платы STEVAL-SPIN3201 да ПК
- Набор для распрацоўкі праграмнага забеспячэння для кіравання рухавіком STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 3-фазны бесщеточный рухавік пастаяннага току з сумяшчальным абtage і бягучыя рэйтынгі
- Знешні блок харчавання пастаяннага току.
Пачатак працы
Максімальныя рэйтынгі дошкі наступныя:
- Харчаванне stagе пастаўкі абtage (VS) ад 8 В да 45 В
- Фазны ток рухавіка да 15 Arms
Каб пачаць свой праект з дошкі:
Крок 1. Праверце становішча перамычкі ў адпаведнасці з мэтавай канфігурацыяй (гл. Раздзел 4.3 Выяўленне перагрузкі па току
Крок 2. Падключыце рухавік да раздыма J3, выконваючы паслядоўнасць фаз рухавіка.
Крок 3. Сілкуйце плату праз уваходы 1 і 2 раздыма J2. Загарыцца святлодыёд DL1 (чырвоны).
Крок 4. Распрацуйце сваё прыкладанне, выкарыстоўваючы камплект распрацоўкі праграмнага забеспячэння для кіравання рухавіком STM32 Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Апісанне і канфігурацыя абсталявання
Малюнак 2. Палажэнне асноўных кампанентаў і раздымаў паказвае размяшчэнне асноўных кампанентаў і раздымаў на плаце.
Малюнак 2. Асноўныя кампаненты і пазіцыі раздымаў
Табліца 1. Перамычкі для ўстаноўкі абсталявання забяспечваюць падрабязную распиновку раздымаў.
Табліца 1. Перамычкі ўстаноўкі абсталявання
| Скакун | Дазволеныя канфігурацыі | Стан па змаўчанні |
| JP1 | Выбар VREG, падлучанага да рухавіка V | АДКРЫТАЯ |
| JP2 | Выбар крыніцы харчавання рухавіка, падлучанага да крыніцы пастаяннага току | ЗАКРЫТА |
| JP3 | Выбар харчавання кодэра Хола да USB (1) / VDD (3) крыніцы харчавання | 1 – 2 ЗАКРЫТА |
| JP4 | Скід выбару ST-LINK (U4) | АДКРЫТАЯ |
| JP5 | Selection PA2 падлучаны да залы 3 | ЗАКРЫТА |
| JP6 | Selection PA1 падлучаны да залы 2 | ЗАКРЫТА |
| JP7 | Selection PA0 падлучаны да залы 1 | ЗАКРЫТА |
Табліца 2. Апісанне іншых раздымаў, перамычак і кантрольных кропак
|
Імя |
Pin | Этыкетка |
Апісанне |
| J1 | 1 - 2 | J1 | Блок харчавання рухавіка |
| J2 | 1 - 2 | J2 | Асноўны крыніца харчавання прылады (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | Злучэнне фаз 3-фазнага рухавіка BLDC |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Раз'ём датчыкаў Хола/энкодэра |
| 4 - 5 | J4 | Пастаўка датчыкаў Хола/энкодэра | |
| J5 | – | J5 | USB уваход ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Блок харчавання ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO кампаніі ST-LINK | |
| J7 | 1 - 2 | J7 | ВАЗІК |
| J8 | 1 - 2 | J8 | Скід ST-LINK |
| TP1 | – | ГРЭГ | 12 V абtage выхад рэгулятара |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | ХУТКАСЦЬ | Выхад патэнцыяметра хуткасці |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (выхад оп-amp сэнс 1) |
| TP6 | – | VBUS | VBus зваротная сувязь |
| TP7 | – | OUT_U | Выхад U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (выхад оп-amp сэнс 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (выхад оп-amp сэнс 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | ВЫХОД_В | Выхад V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Выхад В |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB аб'ёмtage |
| TP16 | – | Увод-вывад | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Апісанне схемы
STEVAL-SPIN3201 забяспечвае поўнае рашэнне FOC з 3 шунтамі, якое складаецца з STSPIN32F0 - удасканаленага кантролера BLDC з убудаваным мікраконтролерам STM32 - і патройнага паўмоставага блока харчаванняtage з NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 аўтаномна стварае ўвесь неабходны аб'ём харчаванняtages: унутраны паніжальны пераўтваральнік DC/DC забяспечвае 3V3, а ўнутраны лінейны рэгулятар забяспечвае 12V для драйвераў засаўкі.
Кандыцыянаванне сігналу зваротнай сувязі па току ажыццяўляецца праз тры аператыўных ampліфікатары, убудаваныя ў прыладу, і ўнутраны кампаратар забяспечваюць абарону ад перагрузкі па току ад шунтавых рэзістараў.
Дзве кнопкі карыстальніка, два святлодыёды і трымер даступныя для рэалізацыі простых карыстальніцкіх інтэрфейсаў (напрыклад, запуск/спыненне рухавіка і ўстаноўка мэтавай хуткасці).
Плата STEVAL-SPIN3201 падтрымлівае квадратурны кадавальнік і лічбавыя датчыкі Хола ў якасці зваротнай сувязі па становішчы рухавіка.
Плата ўключае ў сябе ST-LINK-V2, які дазваляе карыстальніку адладжваць і спампоўваць прашыўку без дадатковых апаратных сродкаў.
4.1 Датчык хуткасці рухавіка Хола/энкодэра
Ацэначная плата STEVAL-SPIN3201 падтрымлівае лічбавы датчык Хола і квадратурны кадавальнік у якасці зваротнай сувязі па становішчы рухавіка.
Датчыкі можна падключыць да STSPIN32F0 праз раз'ём J4, паказаны ў
Табліца 3. Раз'ём Хола/кадавальнік (J4).
| Імя | Pin | Апісанне |
| Зала 1/А+ | 1 | Датчык Хола 1/выхад энкодэра A+ |
| Зала 2/В+ | 2 | Выхад датчыка Хола 2/кадавальнік B+ |
| Зала3/Z+ | 3 | Датчык Хола 3/энкодэр нулявы зваротнай сувязі |
| Датчык VDD | 4 | Пастаўка датчыка абtage |
| GND | 5 | зямля |
Серыяльны рэзістар абароны 1кΩ усталяваны паслядоўна з выхадамі датчыкаў.
Для датчыкаў, якія патрабуюць вонкавага падцягвання, тры рэзістара 10 кОм ужо ўсталяваны на выхадных лініях і падлучаны да VDD voltagд. На тых жа лініях таксама даступны след для выцягваючых рэзістараў.
Перамычка JP3 выбірае крыніцу харчавання для аб'ёму харчавання датчыкаtage:
- Перамычка паміж кантактам 1 - кантактам 2: датчыкі Хола з харчаваннем ад VUSB (5 В)
- Перамычка паміж кантактам 1 - кантактам 2: датчыкі Хола з харчаваннем ад VDD (3.3 В)
Карыстальнік можа адключыць выхады датчыкаў ад адкрываючых перамычак JP5, JP6 і JP7 MCU GPIO.
4.2 Зандзіраванне току
У плаце STEVAL-SPIN3201 кандыцыянаванне бягучага сігналу зандзіравання выконваецца праз тры працоўныя ampLifiers, убудаваныя ў прыладу STSPIN32F0.
У звычайным дадатку FOC токі ў трох паўмастах вымяраюцца з дапамогай шунтавага рэзістара на крыніцы кожнага выключальніка нізкай магутнасці. Сэнс тtagСігналы падаюцца ў аналагава-лічбавы пераўтваральнік для выканання матрычных разлікаў, звязаных з пэўнай тэхнікай кіравання. Гэтыя сэнсарныя сігналы звычайна ссоўваюцца і ampліфікаваны спецыяльным ап-amps, каб выкарыстаць увесь дыяпазон АЦП (гл. Малюнак 3. Схема вымярэння току, напрampле).
Малюнак 3. Схема зандзіравання току, напрыкладample
Сэнсарныя сігналы павінны быць зрушаны і сканцэнтраваны на VDD/2 voltagе (каля 1.65 В) і amplified зноўку, што забяспечвае адпаведнасць паміж максімальным значэннем адчуванага сігналу і поўнамаштабным дыяпазонам АЦП.
Выпtage зрушваючы stage ўводзіць аслабленне (1/Gp) сігналу зваротнай сувязі, якое разам з узмацненнем неінвертуючай канфігурацыі (Gn, фіксаваным Rn і Rf) уносіць свой уклад у агульны ўзмацненне (G). Як ужо згадвалася, мэта складаецца ў тым, каб усталяваць агульнае ampузмацненне сеткі ліфікацыі (G), каб абtage на шунтавым рэзістары, які адпавядае максімальна дапушчальнаму току рухавіка (ISmax пікавае значэнне намінальнага току рухавіка) адпавядае дыяпазону аб'ёмуtages чытаецца ADC.
Заўвага што калі G зафіксавана, лепш наладзіць яго, максімальна знізіўшы пачатковае згасанне 1/Gp і, такім чынам, узмацненне Gn. Гэта важна не толькі для максімізацыі сігналу ў адносінах да шуму, але і для памяншэння эфекту апamp унутранае зрушэнне на выхадзе (прапарцыйна Gn).
Каэфіцыент узмацнення і палярызацыя абtage (VOPout, pol) вызначае працоўны дыяпазон схемы вымярэння току:
Дзе:
- IS- = максімальны крыніца току
- IS+ = максімальны спажыванне току, які можа адчуць схема.
Табліца 4. STEVE-SPIN3201 op-amps палярызацыйнай сеткі
|
Параметр |
Спасылка на частку | Версія 1 |
Версія 3 |
| Rp | R14, R24, R33 | 560 Ом | 1.78 кОм |
| Ra | R12, R20, R29 | 8.2 кОм | 27.4 кОм |
| Rb | R15, R25, R34 | 560 Ом | 27.4 кОм |
| Rn | R13, R21, R30 | 1 кОм | 1.78 кОм |
| Rf | R9, R19, R28 | 15 кОм | 13.7 кОм |
| Cf | C15, C19, C20 | 100 пФ | НМ |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| ВОПаўт, пол | – | 1.74 В | 1.65 В |
4.3 Выяўленне перагрузкі па току
Ацэначная плата STEVAL-SPIN3201 рэалізуе абарону ад перагрузкі па току на аснове ўбудаванага кампаратара OC STSPIN32F0. Шунтуючыя рэзістары вымяраюць ток нагрузкі кожнай фазы. Рэзістары R50, R51 і R52 прыносяць абtage сігналы, звязаныя з кожным токам нагрузкі на кантакт OC_COMP. Калі пікавы ток, які цячэ ў адной з трох фаз, перавышае абранае парогавае значэнне, спрацоўвае інтэграваны кампаратар і ўсе бакавыя выключальнікі сілкавання высокага ўзроўню адключаюцца. Выключальнікі сілкавання высокага боку зноў уключаюцца, калі ток апускаецца ніжэй за парогавае значэнне, што забяспечвае абарону ад перагрузкі па току.
Бягучыя парогі для ацэначнай платы STEVAL-SPIN3201 пералічаны ў
Табліца 5. Парогі перагрузкі па току.
| PF6 | PF7 | Унутраны камп. парог | Парог OC |
| 0 | 1 | 100 мВ | 20 А |
| 1 | 0 | 250 мВ | 65 А |
| 1 | 1 | 500 мВ | 140 А |
Гэтыя парогі могуць быць зменены шляхам змены рэзістара зрушэння R43. Рэкамендуецца выбіраць R43 вышэй за 30 кОм. Каб разлічыць значэнне R43 для мэтавага ліміту току IOC, можна выкарыстоўваць наступную формулу:
дзе OC_COMPth - аб'ёмtage парог унутранага кампаратара (выбіраецца з дапамогай PF6 і PF7), а VDD - гэта лічбавы аб'ём харчавання 3.3 Вtage забяспечваецца ўнутраным паніжальным пераўтваральнікам DCDC.
Выдаленне R43 формула бягучага парога спрашчаецца наступным чынам:
4.4 Аўтобус тtagэлектронны ланцуг
Ацэначная плата STEVAL-SPIN3201 забяспечвае шыну voltagэлектроннае зандзіраванне. Гэты сігнал пасылаецца праз voltage дзельнік ад электрасілкавання абtage (VBUS) (R10 і R16) і адпраўляецца на PB1 GPIO (канал 9 АЦП) убудаванага MCU. Сігнал таксама даступны на TP6.
4.5 Апаратны карыстацкі інтэрфейс
Плата ўключае ў сябе наступныя апаратныя элементы карыстацкага інтэрфейсу:
- Потенциометр R6: усталёўвае мэтавую хуткасць, напрыкладample
- Пераключальнік SW1: скідае STSPIN32F0 MCU і ST-LINK V2
- Пераключальнік SW2: кнопка карыстальніка 1
- Пераключальнік SW3: кнопка карыстальніка 2
- LED DL3: святлодыёд карыстальніка 1 (таксама загараецца пры націску кнопкі карыстальніка 1)
- LED DL4: святлодыёд карыстальніка 2 (таксама загараецца пры націсканні кнопак карыстальніка 2)
4.6 Адладка
Ацэначная плата STEVAL-SPIN3201 убудоўвае адладчык/праграміст ST-LINK/V2-1. ST-LINK падтрымлівае наступныя функцыі:
- Праграмнае забеспячэнне пераліку USB
- Інтэрфейс віртуальнага com-порта на USB, падлучаным да кантактаў PB6/PB7 STSPIN32F0 (UART1)
- Інтэрфейс захоўвання дадзеных на USB
Электразабеспячэнне ST-LINK забяспечваецца галоўным ПК праз кабель USB, падлучаны да J5.
Святлодыёд LD2 дае інфармацыю аб стане сувязі ST-LINK: - Чырвоны святлодыёд павольна міргае: пры ўключэнні перад ініцыялізацыяй USB
- Чырвоны святлодыёд хутка міргае: пасля першай правільнай сувязі паміж ПК і ST-LINK/V2-1 (пералік)
- Чырвоны святлодыёд уключаны: ініцыялізацыя паміж ПК і ST-LINK/V2-1 завершана
- Зялёны святлодыёд уключаны: паспяховая ініцыялізацыя мэтавай сувязі
- Чырвоны/зялёны святлодыёд міргае: падчас сувязі з мэтай
- Зялёны ON: сувязь завершана і паспяховая
Функцыя скіду адключаецца ад ST-LINK шляхам выдалення перамычкі J8.
Гісторыя версій
Табліца 6. Гісторыя рэдагавання дакумента
| Дата | Рэвізія | Змены |
| 12-20161 снежня | 1 | Першапачатковы выпуск. |
| 23-2017 лістапада | 2 | Дададзены раздзел 4.2: Зандзіраванне току на старонцы 7. |
| 27-лютага-2018 | 3 | Нязначныя змены ва ўсім дакуменце. |
| 18 жніўня 2021 г | 4 | Невялікая карэкцыя шаблону. |
STMicroelectronics NV і яе даччыныя кампаніі («ST») пакідаюць за сабой права ўносіць змены, выпраўленні, удасканаленні, мадыфікацыі і паляпшэнні ў прадукты ST і/або ў гэты дакумент у любы час без папярэдняга паведамлення. Пакупнікі павінны атрымаць самую актуальную інфармацыю аб прадуктах ST, перш чым рабіць заказы. Прадукцыя ST прадаецца ў адпаведнасці з умовамі продажу ST, якія дзейнічаюць на момант пацвярджэння замовы. Пакупнікі нясуць поўную адказнасць за выбар, выбар і выкарыстанне прадуктаў ST, і ST не нясе ніякай адказнасці за дапамогу ў прымяненні або дызайн прадуктаў Пакупнікоў.
ВАЖНАЕ ЗАЎВАГА - ПАЧАЦЬ, УВАЖНА
ST тут не прадастаўляе ніякіх ліцэнзій, відавочных або пэўных, на права інтэлектуальнай уласнасці.
Перапродаж прадуктаў ST з умовамі, адрознымі ад інфармацыі, выкладзенай у гэтым дакуменце, прыводзіць да анулявання любой гарантыі, прадастаўленай ST на такі прадукт.
ST і лагатып ST з'яўляюцца гандлёвымі маркамі ST. Для атрымання дадатковай інфармацыі аб гандлёвых марках ST, калі ласка, звярніцеся да www.st.com/trademarks. Усе іншыя назвы прадуктаў і паслуг з'яўляюцца ўласнасцю іх адпаведных уладальнікаў.
Інфармацыя ў гэтым дакуменце замяняе інфармацыю, якая была прадстаўлена ў папярэдніх версіях гэтага дакумента.
© 2021 STMicroelectronics – Усе правы абаронены
Дакументы / Рэсурсы
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Пашыраны кантролер BLDC з убудаванай ацэначнай платай STM32 MCU [pdfКіраўніцтва карыстальніка UM2154, STEVAL-SPIN3201 Пашыраны кантролер BLDC з убудаванай ацэначнай платай STM32 MCU |
