UM2154 STEVAL-SPIN3201 Napredni BLDC kontroler sa ugrađenom STM32 MCU platnom za procjenu Korisnički priručnik

life.augmented
UM2154

Uputstvo za upotrebu

STEVE-SPIN3201: napredni BLDC kontroler s ugrađenom STM32 MCU procjenom ploče

Sadržaj sakriti

1 Uvod

2 Zahtjevi za hardverom i softverom

3 Početak

4 Opis i konfiguracija hardvera

5 Opis kruga

6 Istorija revizija

7 Dokumenti / Resursi

7.1 Reference

8 Related Posts

Uvod

STEVAL-SPIN3201 ploča je 3-fazna upravljačka ploča DC motora bez četkica zasnovana na STSPIN32F0, 3-faznom kontroleru sa integriranim STM32 MCU, i implementira 3-shunt otpornika kao topologiju očitavanja struje.
Pruža rješenje jednostavno za korištenje za procjenu uređaja u različitim aplikacijama kao što su kućni aparati, ventilatori, dronovi i električni alati.
Ploča je dizajnirana za algoritam upravljanja sa senzorima ili bez senzora sa 3 šanta.

Slika 1. STEVE-SPIN3201 evaluacijska ploča

Zahtjevi za hardverom i softverom

Za korištenje STEVAL-SPIN3201 evaluacijske ploče potreban je sljedeći softver i hardver:

Windows® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) za instaliranje softverskog paketa
Mini-B USB kabl za povezivanje STEVAL-SPIN3201 ploče sa računarom

Komplet za razvoj softvera za upravljanje motorom STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
3-fazni DC motor bez četkica s kompatibilnim voltage i trenutne ocjene

Eksterno DC napajanje.

Početak

Maksimalne ocjene odbora su sljedeće:

Snaga stage supply voltage (VS) od 8 V do 45 V
Fazna struja motora do 15 Arms

Da započnete svoj projekat sa pločom:

Korak 1. Provjerite položaj kratkospojnika prema ciljnoj konfiguraciji (pogledajte odjeljak 4.3 Detekcija prekomjerne struje
Korak 2. Spojite motor na konektor J3 vodeći računa o redoslijedu faza motora.
Korak 3. Napajajte ploču kroz ulaz 1 i 2 konektora J2. DL1 (crveno) LED će se upaliti.
Korak 4. Razvijte svoju aplikaciju koristeći STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).

Opis i konfiguracija hardvera

Slika 2. Položaji glavnih komponenti i konektora pokazuju položaj glavnih komponenti i konektora na ploči.
Slika 2. Položaji glavnih komponenti i konektora

Tabela 1. Džamperi za podešavanje hardvera pružaju detaljan prikaz konektora.
Tabela 1. Džamperi za podešavanje hardvera

Jumper	Dozvoljene konfiguracije	Zadano stanje
JP1	Izbor VREG spojenog na V motor	OTVOREN
JP2	Izbor napajanja motora spojen na DC napajanje	ZATVORENO
JP3	Izbor napajanja Hall enkodera na USB (1) / VDD (3) napajanje	1 – 2 ZATVORENO
JP4	Reset odabira ST-LINK (U4)	OTVOREN
JP5	Selekcija PA2 povezana sa halom 3	ZATVORENO
JP6	Selekcija PA1 povezana sa halom 2	ZATVORENO
JP7	Selekcija PA0 povezana sa halom 1	ZATVORENO

Tabela 2. Opis ostalih konektora, kratkospojnika i testnih tačaka

Ime	Pin	Label	Opis
J1	1 – 2	J1	Napajanje motora
J2	1 – 2	J2	Glavno napajanje uređaja (VM)
J3	1 – 2 – 3	U, V, W	Povezivanje faza 3-faznog BLDC motora
J4	1 – 2 – 3	J4	Konektor Hall/enkoder senzora
J4	4 – 5	J4	Napajanje Hall senzora/enkodera
J5	–	J5	USB ulaz ST-LINK
J6	1	3V3	ST-LINK napajanje
	2	CLK	SWCLK od ST-LINK
	3	GND	GND
	4	DIO	SWDIO od ST-LINK
J7	1 – 2	J7	CART
J8	1 – 2	J8	ST-LINK reset
TP1	–	GREG	12 V voltage izlaz regulatora
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	BRZINA	Izlaz potenciometra brzine
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (izlaz op-amp smisao 1)
TP6	–	V-BUS	VBus povratna informacija
TP7	–	OUT_U	Izlaz U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (izlaz op-amp smisao 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (izlaz op-amp smisao 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	OUT_V	Izlaz V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	Izlaz W
TP14	–	3V3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	USB voltage
TP16	–	I/O	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

Opis kruga

STEVAL-SPIN3201 pruža kompletno FOC rješenje sa 3 šanta koje se sastoji od STSPIN32F0 – naprednog BLDC kontrolera sa ugrađenim STM32 MCU – i trostrukog polumostnog napajanja.tage sa NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 autonomno generiše svu potrebnu količinu napajanjatages: interni DC/DC buck pretvarač daje 3V3, a interni linearni regulator daje 12 V za drajvere kapije.
Trenutni povratni signal kondicioniranja se izvodi kroz tri operativna ampLifiers ugrađeni u uređaj i interni komparator vrši prekostrujnu zaštitu od šant otpornika.
Dva korisnička gumba, dvije LED diode i trimer su dostupni za implementaciju jednostavnih korisničkih interfejsa (npr. pokretanje/zaustavljanje motora i podešavanje ciljne brzine).
STEVAL-SPIN3201 ploča podržava kvadraturni enkoder i digitalne Hall senzore kao povratnu informaciju o poziciji motora.
Ploča uključuje ST-LINK-V2 koji omogućava korisniku da otkloni greške i preuzme firmver bez ikakvog dodatnog hardverskog alata.

4.1 Hall/enkoder senzor brzine motora
STEVAL-SPIN3201 ploča za evaluaciju podržava digitalne Holove i kvadraturne senzore enkodera kao povratnu informaciju o položaju motora.
Senzori se mogu povezati na STSPIN32F0 preko J4 konektora koji je naveden u

Tabela 3. Konektor Hall/enkoder (J4).

Ime	Pin	Opis
Hala1/A+	1	Hall senzor 1/koder izlaz A+
Hala2/B+	2	Hall senzor 2/koder izlaz B+
Dvorana3/Z+	3	Hall senzor 3/enkoder nula povratne informacije
VDD senzor	4	Senzor napajanja voltage
GND	5	Ground

Zaštitni serijski otpornik od 1 kΩ montira se u nizu sa izlazima senzora.
Za senzore koji zahtijevaju eksterno povlačenje, tri otpornika od 10 kΩ su već montirana na izlaznim vodovima i povezana na VDD vol.tage. Na istim linijama, dostupan je i otisak za padajuće otpornike.

Džamper JP3 bira napajanje za napajanje senzora voltage:

Jumper između pina 1 – pina 2: Hall senzori napajani VUSB (5 V)

Jumper između pina 1 – pina 2: Hall senzori napajani VDD (3.3 V)
Korisnik može odspojiti izlaze senzora sa džampera za otvaranje MCU GPIO JP5, JP6 i JP7.

4.2 Senzor struje

U STEVAL-SPIN3201 ploči, kondicioniranje signala za očitavanje struje se izvodi kroz tri operativna ampLifiers ugrađeni u uređaj STSPIN32F0.
U tipičnoj FOC aplikaciji, struje u tri polumosta se očitavaju korištenjem šant otpornika na izvoru svakog prekidača niske strane napajanja. The sense voltagSignali se dostavljaju analogno-digitalnom pretvaraču kako bi se izvršio matrični proračun koji se odnosi na određenu tehniku upravljanja. Ti osjetilni signali su obično pomjereni i ampobrazovan od strane posvećenog op-amps kako bi se iskoristio cijeli raspon ADC-a (pogledajte sliku 3. Šema senzora struje npr.ample).

Slika 3. Šema senzora struje nprample

Senzorni signali moraju biti pomjereni i centrirani na VDD/2 voltage (oko 1.65 V) i ampponovo lified što obezbeđuje usklađivanje između maksimalne vrednosti signala koji se detektuje i opsega punog opsega ADC-a.
Voltage pomicanje stage uvodi slabljenje (1/Gp) povratnog signala koje, zajedno sa pojačanjem neinvertujuće konfiguracije (Gn, fiksirano Rn i Rf), doprinosi ukupnom pojačanju (G). Kao što je već pomenuto, cilj je uspostavljanje sveukupnog amplifikacija mrežnog pojačanja (G) tako da voltage na šant otporniku koji odgovara maksimalnoj dozvoljenoj struji motora (ISmax vršna vrijednost nazivne struje motora) odgovara rasponu vol.tagADC je čitljiv.

Napomena da je, kada je G fiksiran, bolje ga konfigurirati smanjenjem početnog prigušenja 1/Gp što je više moguće, a time i pojačanja Gn. Ovo je važno ne samo za maksimiziranje signala omjerom šuma, već i za smanjenje efekta op-amp unutrašnji pomak na izlazu (proporcionalan Gn).

Pojačanje i polarizacija voltage (VOPout, pol) određuje radni opseg strujnog senzorskog kola:

gdje:

IS- = maksimalna izvorna struja
IS+ = maksimalna potopljena struja koju struja može osjetiti.

Tabela 4. STEVE-SPIN3201 op-amps mreža polarizacije

Parametar	Referenca dijela	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 Detekcija prekomjerne struje

STEVAL-SPIN3201 ploča za evaluaciju implementira prekostrujnu zaštitu baziranu na STSPIN32F0 integrisanom OC komparatoru. Shunt otpornici mjere struju opterećenja svake faze. Otpornici R50, R51 i R52 donose voltage signali povezani sa svakom strujom opterećenja na pin OC_COMP. Kada vršna struja koja teče u jednoj od tri faze premaši odabrani prag, integrirani komparator se aktivira i svi prekidači visoke snage su onemogućeni. Prekidači na visokoj strani se ponovo aktiviraju kada struja padne ispod praga, čime se implementira prekostrujna zaštita.
Trenutni pragovi za STEVAL-SPIN3201 evaluacionu ploču su navedeni u

Tabela 5. Pragovi prekomjerne struje.

PF6	PF7	Interni komp. prag	OC prag
0	1	100 mV	20 A
1	0	250 mV	65 A
1	1	500 mV	140 A

Ovi pragovi se mogu modificirati promjenom R43 otpornika. Preporučljivo je odabrati R43 veći od 30 kΩ. Da bi se izračunala vrijednost R43 za ciljnu granicu struje IOC, može se koristiti sljedeća formula:

gdje je OC_COMPth voltage prag internog komparatora (odabran od strane PF6 i PF7), a VDD je 3.3 V digitalni volumen napajanjatage obezbjeđuje interni DCDC buck konvertor.
Uklanjanjem R43, formula trenutnog praga je pojednostavljena na sljedeći način:

4.4 Bus voltagi kolo

STEVAL-SPIN3201 evaluaciona ploča daje sabirnicu voltage sensing. Ovaj signal se šalje kroz voltage razdjelnik od napajanja motora voltage (VBUS) (R10 i R16) i šalje se na PB1 GPIO (kanal 9 ADC-a) ugrađenog MCU-a. Signal je također dostupan na TP6.

4.5 Hardversko korisničko sučelje

Ploča uključuje sljedeće hardverske stavke korisničkog interfejsa:

Potenciometar R6: postavlja ciljnu brzinu, nprample
Prekidač SW1: resetuje STSPIN32F0 MCU i ST-LINK V2

Prekidač SW2: korisničko dugme 1
Prekidač SW3: korisničko dugme 2
LED DL3: korisnički LED 1 (također se uključuje kada se pritisne dugme za korisnika 1)

LED DL4: korisnička LED 2 (također se uključuje kada se pritisnu tipka 2 korisnika)

4.6 Otklanjanje grešaka

STEVAL-SPIN3201 ploča za evaluaciju ugrađuje ST-LINK/V2-1 debugger/programator. Funkcije koje podržava ST-LINK su:

Ponovno nabrajanje USB softvera
Interfejs virtuelnog com porta na USB-u povezan na PB6/PB7 pinove STSPIN32F0 (UART1)
Interfejs za masovno skladištenje na USB-u
Napajanje za ST-LINK obezbeđuje glavni računar preko USB kabla spojenog na J5.
LED LD2 pruža informacije o statusu komunikacije ST-LINK:

Crvena LED dioda polako treperi: pri uključivanju prije inicijalizacije USB-a
Crvena LED dioda brzo treperi: nakon prve ispravne komunikacije između PC-a i ST-LINK/V2-1 (nabrajanje)
Crveni LED ON: inicijalizacija između PC-a i ST-LINK/V2-1 je završena

Zeleno LED UKLJUČENO: uspješna inicijalizacija ciljne komunikacije
Crveno/zeleno LED treperi: tokom komunikacije sa metom
Zeleno UKLJUČENO: komunikacija je završena i uspješna
Funkcija resetovanja se isključuje sa ST-LINK-a uklanjanjem kratkospojnika J8.

Istorija revizija

Tabela 6. Istorija revizije dokumenta

Datum	Revizija	Promjene
12-20161	1	Prvo izdanje.
23-2017-XNUMX	2	Dodan odjeljak 4.2: Senzor struje na stranici 7.
27-feb-2018	3	Manje izmjene u cijelom dokumentu.
18-Aug-2021	4	Manja ispravka šablona.

STMicroelectronics NV i njegove podružnice (“ST”) zadržavaju pravo na izmjene, ispravke, poboljšanja, modifikacije i poboljšanja ST proizvoda i/ili ovog dokumenta u bilo koje vrijeme bez prethodne najave. Kupci bi trebali dobiti najnovije relevantne informacije o ST proizvodima prije naručivanja. ST proizvodi se prodaju u skladu sa ST-ovim odredbama i uslovima prodaje koji su na snazi u trenutku potvrde narudžbe. Kupci su isključivo odgovorni za izbor, odabir i korištenje ST proizvoda, a ST ne preuzima nikakvu odgovornost za pomoć u primjeni ili dizajn proizvoda Kupca.

VAŽNA OBAVIJEST - MOLIMO PAŽLJIVO PROČITAJTE

ST ovdje ne daje nikakvu licencu, izričitu ili impliciranu, za bilo koje pravo intelektualne svojine.
Preprodaja ST proizvoda sa odredbama koje se razlikuju od informacija navedenih ovde poništava svaku garanciju koju ST daje za takav proizvod.
ST i ST logo su zaštitni znakovi ST. Za dodatne informacije o ST zaštitnim znakovima, pogledajte www.st.com/trademarks. Svi ostali nazivi proizvoda ili usluga vlasništvo su njihovih vlasnika.
Informacije u ovom dokumentu zamjenjuju i zamjenjuju informacije koje su prethodno date u prethodnim verzijama ovog dokumenta.