живот.аугментиран
UM2154
Ръководство за употреба
STEVE-SPIN3201: усъвършенстван BLDC контролер с вградена платка за оценка на STM32 MCU
Въведение
Платката STEVAL-SPIN3201 е 3-фазна безчеткова платка за DC мотор, базирана на STSPIN32F0, 3-фазен контролер с интегриран STM32 MCU, и прилага 3-шунтови резистора като топология за четене на ток.
Той предоставя лесно за използване решение за оценка на устройството в различни приложения като домакински уреди, вентилатори, дронове и електрически инструменти.
Платката е проектирана за сензорен или безсензорен ориентиран към полето алгоритъм за управление с 3-шунтово наблюдение.
Фигура 1. STEVE-SPIN3201 табло за оценка
Хардуерни и софтуерни изисквания
Използването на платката за оценка STEVAL-SPIN3201 изисква следния софтуер и хардуер:
- Компютър с Windows® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) за инсталиране на софтуерния пакет
- Mini-B USB кабел за свързване на платката STEVAL-SPIN3201 към компютъра
- Комплектът за разработка на софтуер за управление на двигателя STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 3-фазен безчетков DC двигател със съвместим обемtage и текущи рейтинги
- Външно DC захранване.
Първи стъпки
Максималните оценки на борда са следните:
- Мощност stage доставка обtage (VS) от 8 V до 45 V
- Фазов ток на двигателя до 15 Arms
За да започнете своя проект с дъската:
стъпка 1. Проверете позицията на джъмпера според целевата конфигурация (вижте раздел 4.3 Откриване на свръхток
стъпка 2. Свържете двигателя към конектора J3, като внимавате за последователността на фазите на двигателя.
стъпка 3. Захранвайте платката през вход 1 и 2 на конектора J2. Светодиодът DL1 (червен) ще се включи.
стъпка 4. Разработете приложението си с помощта на STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Описание и конфигурация на хардуера
Фигура 2. Позициите на основните компоненти и конектори показват позицията на основните компоненти и конектори на платката.
Фигура 2. Позиции на основните компоненти и конектори
Таблица 1. Джъмперите за настройка на хардуера осигуряват подробни изводи на конекторите.
Таблица 1. Джъмпери за настройка на хардуера
| Джъмпър | Разрешени конфигурации | Условие по подразбиране |
| JP1 | Избор на VREG, свързан към V мотор | ОТВОРЕНО |
| JP2 | Избор на захранване на двигателя, свързан към DC захранване | ЗАТВОРЕНО |
| JP3 | Избор Захранване на Хол енкодер към USB (1) / VDD (3) захранване | 1 – 2 ЗАТВОРЕНИ |
| JP4 | Нулиране на избора на ST-LINK (U4) | ОТВОРЕНО |
| JP5 | Избор PA2 е свързан към зала 3 | ЗАТВОРЕНО |
| JP6 | Избор PA1 е свързан към зала 2 | ЗАТВОРЕНО |
| JP7 | Избор PA0 е свързан към зала 1 | ЗАТВОРЕНО |
Таблица 2. Описание на други конектори, джъмпери и тестови точки
|
Име |
ПИН | Етикет |
Описание |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Захранване на двигателя |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Основно захранване на устройството (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | У, В, У | Свързване на фазите на 3-фазен BLDC двигател |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Конектор за сензори на Хол/енкодер |
| 4 – 5 | J4 | Захранване на сензори на Хол/енкодер | |
| J5 | – | J5 | USB вход ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK захранване |
| 2 | CLK | SWCLK на ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO на ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | КОЛИЧКА |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK нулиране |
| TP1 | – | ГРЕГ | 12 V обtage изход на регулатора |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | СКОРОСТ | Изход на потенциометър за скорост |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (изход оп-amp смисъл 1) |
| TP6 | – | V-BUS | VBus обратна връзка |
| TP7 | – | OUT_U | Изход U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (изход оп-amp смисъл 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (изход оп-amp смисъл 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Изход V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Изход W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Описание Circuit
STEVAL-SPIN3201 осигурява цялостно 3-шунтово FOC решение, съставено от STSPIN32F0 – усъвършенстван BLDC контролер с вграден STM32 MCU – и троен полумостов захранващtagд с NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 автономно генерира всички необходими обtages: вътрешният DC/DC преобразувател осигурява 3V3, а вътрешният линеен регулатор осигурява 12 V за драйверите на портата.
Кондиционирането на сигнала за обратна връзка по тока се извършва чрез три от работните ampлификатори, вградени в устройството, и вътрешен компаратор извършва защита от свръхток от шунтиращи резистори.
Налични са два потребителски бутона, два светодиода и тример за реализиране на прости потребителски интерфейси (напр. стартиране/спиране на двигателя и настройка на целевата скорост).
Платката STEVAL-SPIN3201 поддържа квадратурния енкодер и цифровите сензори на Хол като обратна връзка за позицията на двигателя.
Платката включва ST-LINK-V2, позволяваща на потребителя да отстранява грешки и да изтегля фърмуер без допълнителен хардуерен инструмент.
4.1 Сензор за скорост на двигателя на Хол/енкодер
Платката за оценка STEVAL-SPIN3201 поддържа цифровите сензори на Хол и квадратурния енкодер като обратна връзка за позицията на двигателя.
Сензорите могат да бъдат свързани към STSPIN32F0 чрез конектора J4, посочен в
Таблица 3. Конектор на Хол/енкодер (J4).
| Име | ПИН | Описание |
| Зала 1/А+ | 1 | Хол сензор 1/енкодер изход A+ |
| Зала 2/Б+ | 2 | Сензор на Хол 2/изход на енкодер B+ |
| Зала3/Z+ | 3 | Сензор на Хол 3/нулева обратна връзка на енкодера |
| VDD сензор | 4 | Захранване на сензора обtage |
| GND | 5 | Земя |
Защитен сериен резистор от 1 kΩ е монтиран в серия със сензорни изходи.
За сензори, изискващи външно изтегляне, три 10 kΩ резистора вече са монтирани на изходните линии и свързани към VDD voltagд. На същите линии е наличен и отпечатък за падащи резистори.
Джъмперът JP3 избира захранването за захранването на сензора voltage:
- Джъмпер между щифт 1 – щифт 2: Сензори на Хол, захранвани от VUSB (5 V)
- Джъмпер между щифт 1 – щифт 2: сензори на Хол, захранвани от VDD (3.3 V)
Потребителят може да изключи сензорните изходи от отварящите джъмпери JP5, JP6 и JP7 на MCU GPIO.
4.2 Отчитане на ток
В платката STEVAL-SPIN3201 кондиционирането на сигнала за измерване на ток се извършва чрез три от оперативните ampлифиери, вградени в устройството STSPIN32F0.
В типично FOC приложение, токовете в трите полумостове се отчитат с помощта на шунтиращ резистор на източника на всеки превключвател с ниско захранване. Смисълът voltagСигналите се подават на аналогово-цифров преобразувател, за да се извърши матрично изчисление, свързано с определена техника за управление. Тези сетивни сигнали обикновено са изместени и ampподредено от специализирана оп-amps, за да използвате пълния обхват на ADC (вижте фигура 3. Схема за измерване на ток напр.ampле).
Фигура 3. Схема за измерване на ток напрample
Сетивните сигнали трябва да бъдат изместени и центрирани върху VDD/2 voltage (около 1.65 V) и amplified отново, което осигурява съответствие между максималната стойност на отчитания сигнал и пълния обхват на ADC.
Томътtage преместване stage въвежда затихване (1/Gp) на сигнала за обратна връзка, което, заедно с усилването на неинвертиращата конфигурация (Gn, фиксирано от Rn и Rf), допринася за общото усилване (G). Както вече споменахме, целта е да се установи цялостното ampусилване на мрежата (G), така че обtage на шунтиращия резистор, съответстващ на максималния разрешен ток на двигателя (ISmax пикова стойност на номиналния ток на двигателя) отговаря на диапазона от об.tagможе да се чете от ADC.
Забележка че след като G е фиксиран, е по-добре да го конфигурирате, като намалите първоначалното затихване 1/Gp колкото е възможно повече и следователно усилването Gn. Това е важно не само за максимизиране на сигнала чрез съотношението на шума, но и за намаляване на ефекта на оп-amp вътрешно изместване на изхода (пропорционално на Gn).
Усилването и поляризацията voltage (VOPout, pol) определя оперативния обхват на веригата за измерване на ток:
където:
- IS- = максимален източник на ток
- IS+ = максималният потънал ток, който може да бъде усетен от веригата.
Таблица 4. STEVE-SPIN3201 op-amps поляризационна мрежа
|
Параметър |
Референтна част | Рев. 1 |
Рев. 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, пол | – | 1.74 V | 1.65 V |
4.3 Откриване на свръхток
Платката за оценка STEVAL-SPIN3201 реализира защита от свръхток, базирана на STSPIN32F0 интегриран OC компаратор. Шунтиращите резистори измерват тока на натоварване на всяка фаза. Резисторите R50, R51 и R52 носят обемаtage сигнали, свързани с всеки товарен ток към извода OC_COMP. Когато пиковият ток, протичащ в една от трите фази, надхвърли избрания праг, интегрираният компаратор се задейства и всички превключватели на високата странична мощност са забранени. Превключвателите с висока мощност се активират отново, когато токът падне под прага, като по този начин се прилага защита от свръхток.
Текущите прагове за таблото за оценка STEVAL-SPIN3201 са изброени в
Таблица 5. Прагове на свръхток.
| PF6 | PF7 | Вътрешен комп. праг | OC праг |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 А |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 А |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 А |
Тези прагове могат да бъдат модифицирани чрез смяна на резистора за отклонение R43. Препоръчително е да изберете R43 по-висок от 30 kΩ. За да се изчисли стойността на R43 за ограничение на целевия ток IOC, може да се използва следната формула:
където OC_COMPth е обемътtage праг на вътрешния компаратор (избран от PF6 и PF7), а VDD е цифровият захранващ обем 3.3 Vtage, осигурен от вътрешния DCDC понижаващ преобразувател.
Премахването на R43, формулата за текущия праг се опростява, както следва:
4.4 Автобус обtagи верига
Платката за оценка на STEVAL-SPIN3201 предоставя обема на шинатаtagелектронно усещане. Този сигнал се изпраща чрез voltage разделител от захранването на двигателя обtage (VBUS) (R10 и R16) и се изпраща към PB1 GPIO (канал 9 на ADC) на вградения MCU. Сигналът е наличен и на TP6.
4.5 Хардуерен потребителски интерфейс
Платката включва следните елементи на хардуерния потребителски интерфейс:
- Потенциометър R6: задава целевата скорост, напрample
- Превключвател SW1: нулира STSPIN32F0 MCU и ST-LINK V2
- Превключвател SW2: потребителски бутон 1
- Превключвател SW3: потребителски бутон 2
- LED DL3: потребителски светодиод 1 (също се включва при натискане на бутон на потребител 1)
- LED DL4: потребителски светодиод 2 (също се включва при натискане на бутони за потребител 2)
4.6 Отстраняване на грешки
Платката за оценка STEVAL-SPIN3201 вгражда ST-LINK/V2-1 дебъгер/програматор. Функциите, поддържани от ST-LINK са:
- Повторно изброяване на USB софтуер
- Интерфейс за виртуален com порт на USB, свързан към PB6/PB7 щифтове на STSPIN32F0 (UART1)
- Интерфейс за масово съхранение на USB
Захранването за ST-LINK се осигурява от хост компютъра чрез USB кабела, свързан към J5.
Светодиодът LD2 предоставя информация за състоянието на комуникацията ST-LINK: - Червеният светодиод мига бавно: при включване преди USB инициализация
- Червен светодиод мига бързо: след първата правилна комуникация между компютъра и ST-LINK/V2-1 (изброяване)
- Червен светодиод ВКЛЮЧЕН: инициализацията между компютъра и ST-LINK/V2-1 е завършена
- Свети зелен светодиод: успешна инициализация на целевата комуникация
- Червен/зелен светодиод мига: по време на комуникация с целта
- Зелено ВКЛЮЧЕНО: комуникацията приключи и успешна
Функцията за нулиране се изключва от ST-LINK чрез премахване на джъмпера J8.
История на ревизиите
Таблица 6. История на ревизиите на документа
| Дата | Ревизия | Промени |
| 12 декември 20161 г | 1 | Първоначално издание. |
| 23-ноември-2017 | 2 | Добавен раздел 4.2: Текущо наблюдение на страница 7. |
| 27-фев-2018 | 3 | Незначителни модификации в целия документ. |
| 18-авг-2021 | 4 | Незначителна корекция на шаблона. |
STMicroelectronics NV и неговите дъщерни дружества (“ST”) си запазват правото да правят промени, корекции, подобрения, модификации и подобрения на ST продуктите и/или в този документ по всяко време без предизвестие. Купувачите трябва да получат най-новата подходяща информация за ST продуктите, преди да направят поръчки. ST продуктите се продават в съответствие с условията за продажба на ST, които са в сила към момента на потвърждение на поръчката. Купувачите са изцяло отговорни за избора, избора и използването на ST продуктите и ST не поема отговорност за помощ при прилагането или дизайна на продуктите на купувачите.
ВАЖНО БЕЛЕЖКА - МОЛЯ, ПРОЧЕТЕТЕ ВНИМАТЕЛНО
Никакъв лиценз, изричен или подразбиращ се, за права върху интелектуална собственост не се предоставя от ST тук.
Препродажбата на продукти на ST с условия, различни от информацията, посочена тук, анулира всяка гаранция, предоставена от ST за такъв продукт.
ST и логото на ST са търговски марки на ST. За допълнителна информация относно търговските марки ST, моля, вижте www.st.com/търговски марки. Всички други имена на продукти или услуги са собственост на съответните им собственици.
Информацията в този документ отменя и заменя информацията, предоставена преди това в предишни версии на този документ.
© 2021 STMicroelectronics – Всички права запазени
Документи / Ресурси
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Усъвършенстван BLDC контролер с вграден контролер STM32 MCU за оценка [pdf] Ръководство за потребителя UM2154, STEVAL-SPIN3201 Усъвършенстван BLDC контролер с вграден контролер STM32 MCU за оценка |
