vida.augmentat
UM2154
Manual d'usuari
STEVE-SPIN3201: controlador BLDC avançat amb placa d'avaluació STM32 MCU integrada
Introducció
La placa STEVAL-SPIN3201 és una placa de controlador de motor de CC sense escombretes trifàsica basada en el STSPIN3F32, un controlador trifàsic amb un MCU STM0 integrat i implementa resistències de 3 derivacions com a topologia de lectura actual.
Proporciona una solució fàcil d'utilitzar per a l'avaluació del dispositiu en diferents aplicacions com ara electrodomèstics, ventiladors, drons i eines elèctriques.
La placa està dissenyada per a l'algoritme de control orientat al camp sensoritzat o sense sensor amb detecció de 3 derivacions.
Figura 1. Tauler d'avaluació STEVE-SPIN3201
Requisits de maquinari i programari
L'ús del tauler d'avaluació STEVAL-SPIN3201 requereix el següent programari i maquinari:
- Un PC Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) per instal·lar el paquet de programari
- Un cable USB mini-B per connectar la placa STEVAL-SPIN3201 al PC
- El kit de desenvolupament de programari de control de motor STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Un motor de corrent continu sense escombretes trifàsic amb un vol compatibletage i qualificacions actuals
- Una font d'alimentació de CC externa.
Per començar
Les qualificacions màximes de la junta són les següents:
- Poder stage subministrament voltage (VS) de 8 V a 45 V
- Corrent de fase del motor fins a 15 braços
Per començar el vostre projecte amb el tauler:
Pas 1. Comproveu la posició del pont segons la configuració de destinació (vegeu la secció 4.3 Detecció de sobreintensitat
Pas 2. Connecteu el motor al connector J3 tenint cura de la seqüència de les fases del motor.
Pas 3. Subministreu la placa a través de les entrades 1 i 2 del connector J2. El LED DL1 (vermell) s'encén.
Pas 4. Desenvolupeu la vostra aplicació mitjançant el kit de desenvolupament de programari de control de motor STM32 Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Descripció i configuració del maquinari
Figura 2. Els components principals i les posicions dels connectors mostren la posició dels components i connectors principals a la placa.
Figura 2. Principals components i posicions dels connectors
Taula 1. Els ponts de configuració del maquinari proporcionen la fixació detallada dels connectors.
Taula 1. Jumpers de configuració del maquinari
| Jumper | Configuracions permeses | Condició per defecte |
| JP1 | Selecció de VREG connectat al motor V | OBERT |
| JP2 | Font d'alimentació del motor de selecció connectada a font d'alimentació de CC | TANCAT |
| JP3 | Alimentació del codificador de la sala de selecció a la font d'alimentació USB (1) / VDD (3). | 1 – 2 TANCAT |
| JP4 | Restabliment de la selecció de ST-LINK (U4) | OBERT |
| JP5 | Selecció PA2 connectada al pavelló 3 | TANCAT |
| JP6 | Selecció PA1 connectada al pavelló 2 | TANCAT |
| JP7 | Selecció PA0 connectada al pavelló 1 | TANCAT |
Taula 2. Descripció d'altres connectors, ponts i punts de prova
|
Nom |
Pin | Etiqueta |
Descripció |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Font d'alimentació del motor |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Font d'alimentació principal del dispositiu (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | Connexió de fases del motor BLDC trifàsic |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Connector de sensors Hall/encoder |
| 4 – 5 | J4 | Alimentació de sensors Hall/encoder | |
| J5 | – | J5 | Entrada USB ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Font d'alimentació ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK de ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO de ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | CISTELL |
| J8 | 1 – 2 | J8 | Restableix ST-LINK |
| TP1 | – | GREG | 12 V voltage sortida del regulador |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | VELOCITAT | Sortida del potenciòmetre de velocitat |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (opció de sortidaamp sentit 1) |
| TP6 | – | VBUS | Retroalimentació de VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Sortida U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (opció de sortidaamp sentit 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (opció de sortidaamp sentit 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Sortida V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Sortida W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | E/S | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Descripció del circuit
El STEVAL-SPIN3201 proporciona una solució FOC completa de 3 derivacions composta per un STSPIN32F0, un controlador BLDC avançat amb un MCU STM32 incrustat, i una potència de mig pont triple.tagi amb el NMOS STD140N6F7.
El STSPIN32F0 genera de manera autònoma tot el volum de subministrament necessaritages: el convertidor buck DC/DC intern proporciona 3V3 i un regulador lineal intern proporciona 12 V per als controladors de la porta.
El condicionament del senyal de retroalimentació actual es realitza a través de tres dels operatius ampLificadors incrustats al dispositiu i un comparador intern realitza una protecció contra sobreintensitat de resistències de derivació.
Hi ha dos botons d'usuari, dos LED i un tallador disponibles per implementar interfícies d'usuari senzilles (per exemple, engegar/parar el motor i establir la velocitat objectiu).
La placa STEVAL-SPIN3201 admet el codificador de quadratura i els sensors Hall digitals com a retroalimentació de la posició del motor.
La placa inclou un ST-LINK-V2 que permet a l'usuari depurar i descarregar firmware sense cap eina de maquinari addicional.
4.1 Sensor de velocitat del motor Hall/encoder
La placa d'avaluació STEVAL-SPIN3201 admet els sensors digitals Hall i codificadors de quadratura com a retroalimentació de la posició del motor.
Els sensors es poden connectar al STSPIN32F0 mitjançant el connector J4 que s'indica
Taula 3. Connector Hall/encoder (J4).
| Nom | Pin | Descripció |
| Pavelló 1/A+ | 1 | Sensor Hall 1/codificador sortida A+ |
| Hall 2/B+ | 2 | Sensor Hall 2/codificador sortida B+ |
| Sala 3/Z+ | 3 | Sensor Hall 3/retroalimentació zero del codificador |
| Sensor VDD | 4 | Alimentació del sensor voltage |
| GND | 5 | Terra |
Una resistència sèrie de protecció d'1 kΩ està muntat en sèrie amb sortides de sensor.
Per als sensors que requereixen un pull-up extern, ja hi ha tres resistències de 10 kΩ muntades a les línies de sortida i connectades al VDD voltage. En les mateixes línies, també hi ha disponible una petjada per a resistències desplegables.
El pont JP3 selecciona la font d'alimentació per a l'alimentació del sensor voltage:
- Pont entre el pin 1 - el pin 2: sensors Hall alimentats per VUSB (5 V)
- Pont entre el pin 1 - el pin 2: sensors Hall alimentats per VDD (3.3 V)
L'usuari pot desconnectar les sortides del sensor dels ponts d'obertura MCU GPIO JP5, JP6 i JP7.
4.2 Detecció de corrent
A la placa STEVAL-SPIN3201, el condicionament del senyal de detecció actual es realitza a través de tres dels ampLificadors incrustats al dispositiu STSPIN32F0.
En una aplicació FOC típica, els corrents dels tres mig ponts es detecten mitjançant una resistència de derivació a la font de cada interruptor d'alimentació del costat baix. El sentit voltagEls senyals es proporcionen a un convertidor analògic-digital per tal de realitzar el càlcul matricial relacionat amb una determinada tècnica de control. Aquests senyals sensorials solen ser desplaçats i amporganitzat per operacions dedicadesamps per tal d'explotar la gamma completa de l'ADC (consulteu la figura 3. Esquema de detecció actual example).
Figura 3. Esquema de detecció actual example
Els senyals de sentit s'han de desplaçar i centrar en VDD/2 voltage (uns 1.65 V) i ampes torna a lificar que proporciona la concordança entre el valor màxim del senyal detectat i el rang a escala completa de l'ADC.
El voltage canviant stage introdueix una atenuació (1/Gp) del senyal de retroalimentació que, juntament amb el guany de la configuració no inversora (Gn, fixada per Rn i Rf), contribueix al guany global (G). Com ja s'ha dit, l'objectiu és establir el conjunt ampguany de xarxa de lificació (G) de manera que el voltage a la resistència de derivació corresponent al corrent màxim permès del motor (valor màxim ISmax del corrent nominal del motor) s'ajusta al rang de voltagés llegible per l'ADC.
Nota que, un cop fixat G, és millor configurar-lo rebaixant al màxim l'atenuació inicial 1/Gp i, per tant, el guany Gn. Això és important no només per maximitzar el senyal per la relació de soroll, sinó també per reduir l'efecte de l'op-amp offset intrínsec a la sortida (proporcional a Gn).
El guany i la polarització voltage (VOPout, pol) determina el rang operatiu del circuit de detecció de corrent:
On:
- IS- = corrent màxima d'origen
- IS+ = corrent màxima enfonsada que pot ser detectada pel circuit.
Taula 4. STEVE-SPIN3201 op-ampXarxa de polarització
|
Paràmetre |
Referència de la part | 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 Detecció de sobreintensitat
La placa d'avaluació STEVAL-SPIN3201 implementa la protecció contra sobreintensitat basada en el comparador OC integrat STSPIN32F0. Les resistències de derivació mesuren el corrent de càrrega de cada fase. Les resistències R50, R51 i R52 porten el voltage senyals associats amb cada corrent de càrrega al pin OC_COMP. Quan el pic de corrent que flueix en una de les tres fases supera el llindar seleccionat, el comparador integrat s'activa i tots els interruptors de potència lateral alta estan desactivats. Els interruptors d'alimentació de la part alta es tornen a habilitar quan el corrent cau per sota del llindar, implementant així una protecció contra sobreintensitat.
S'enumeren els llindars actuals per a la junta d'avaluació STEVAL-SPIN3201
Taula 5. Llindars de sobreintensitat.
| PF6 | PF7 | Comp. interna. llindar | Llindar OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Aquests llindars es poden modificar canviant la resistència de polarització R43. Es recomana triar R43 superior a 30 kΩ. Per calcular el valor de R43 per a un límit de corrent objectiu IOC, es pot utilitzar la fórmula següent:
on OC_COMPth és el voltagEl llindar del comparador intern (seleccionat pel PF6 i el PF7) i VDD és el volum d'alimentació digital de 3.3 Vtage proporcionada pel convertidor buck DCDC intern.
Eliminant l'R43, la fórmula del llindar actual es simplifica de la següent manera:
4.4 Bus voltagè circuit
El tauler d'avaluació STEVAL-SPIN3201 proporciona el bus voltage sensació. Aquest senyal s'envia a través d'un voltage divisor de l'alimentació del motor voltage (VBUS) (R10 i R16) i enviat al PB1 GPIO (canal 9 de l'ADC) de l'MCU incrustat. El senyal també està disponible al TP6.
4.5 Interfície d'usuari de maquinari
El tauler inclou els elements d'interfície d'usuari de maquinari següents:
- Potenciòmetre R6: estableix la velocitat objectiu, per example
- Commutador SW1: restableix STSPIN32F0 MCU i ST-LINK V2
- Interruptor SW2: botó d'usuari 1
- Interruptor SW3: botó d'usuari 2
- LED DL3: LED d'usuari 1 (també s'encén quan es prem el botó de l'usuari 1)
- LED DL4: LED d'usuari 2 (també s'encén quan es prem els botons de l'usuari 2)
4.6 Depuració
El tauler d'avaluació STEVAL-SPIN3201 incorpora un depurador/programador ST-LINK/V2-1. Les funcions compatibles amb l'ST-LINK són:
- Reenumeració del programari USB
- Interfície de port de comunicació virtual a USB connectat als pins PB6/PB7 del STSPIN32F0 (UART1)
- Interfície d'emmagatzematge massiu a USB
La font d'alimentació de l'ST-LINK la proporciona l'ordinador amfitrió mitjançant el cable USB connectat al J5.
El LED LD2 proporciona informació sobre l'estat de la comunicació ST-LINK: - LED vermell parpellejant lentament: a l'encesa abans de la inicialització USB
- LED vermell parpellejant ràpidament: després de la primera comunicació correcta entre el PC i ST-LINK/V2-1 (enumeració)
- LED vermell ON: la inicialització entre el PC i ST-LINK/V2-1 s'ha completat
- LED verd ON: inicialització correcta de la comunicació de destinació
- LED vermell/verd intermitent: durant la comunicació amb l'objectiu
- Verd ON: comunicació acabada i amb èxit
La funció de reinici es desconnecta de l'ST-LINK traient el pont J8.
Historial de revisions
Taula 6. Historial de revisions de documents
| Data | Revisió | Canvis |
| 12-des-20161 | 1 | Alliberament inicial. |
| 23-nov-2017 | 2 | S'ha afegit la secció 4.2: Detecció de corrent a la pàgina 7. |
| 27-feb-2018 | 3 | Petites modificacions al llarg del document. |
| 18-agost-2021 | 4 | Petita correcció de plantilla. |
STMicroelectronics NV i les seves filials ("ST") es reserven el dret de fer canvis, correccions, millores, modificacions i millores als productes ST i/o a aquest document en qualsevol moment sense previ avís. Els compradors haurien d'obtenir la informació rellevant més recent sobre els productes ST abans de fer comandes. Els productes ST es venen d'acord amb els termes i condicions de venda de ST vigents en el moment del reconeixement de la comanda. Els compradors són els únics responsables de l'elecció, selecció i ús dels productes ST i ST no assumeix cap responsabilitat per l'assistència a l'aplicació o el disseny dels productes dels compradors.
AVÍS IMPORTANT: LLEGEIX-HO AMB ATENCIÓ
ST no concedeix cap llicència, expressa o implícita, a cap dret de propietat intel·lectual.
La revenda de productes ST amb disposicions diferents de la informació que s'estableix aquí anul·larà qualsevol garantia concedida per ST per a aquest producte.
ST i el logotip de ST són marques comercials de ST. Per obtenir informació addicional sobre les marques comercials ST, consulteu www.st.com/trademarks. Tots els altres noms de productes o serveis són propietat dels seus respectius propietaris.
La informació d'aquest document substitueix i substitueix la informació proporcionada anteriorment en qualsevol versió anterior d'aquest document.
© 2021 STMicroelectronics – Tots els drets reservats
Documents/Recursos
 |
Controlador BLDC avançat ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 amb placa d'avaluació MCU STM32 incrustada [pdfManual d'usuari UM2154, STEVAL-SPIN3201 Controlador BLDC avançat amb placa d'avaluació STM32 MCU incrustada |
