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UM 2154
Manuale d'usu
STEVE-SPIN3201: controller BLDC avanzatu cù scheda di valutazione STM32 MCU integrata
Introduzione
A scheda STEVAL-SPIN3201 hè una scheda di driver di motore DC brushless trifase basata nantu à STSPIN3F32, un controller di fasi 0 cù un MCU STM3 integratu, è implementa resistori 32-shunt cum'è topologia di lettura attuale.
Fornisce una soluzione faciule d'utilizà per a valutazione di u dispusitivu in diverse applicazioni cum'è l'apparecchi di casa, i fan, i droni è l'utensili elettrici.
U bordu hè pensatu per l'algoritmu di cuntrollu orientatu à u campu di sensori o sensorless cù 3-shunt sensing.
Figura 1. Cunsigliu di valutazione STEVE-SPIN3201
Requisiti di hardware è software
Utilizà a scheda di valutazione STEVAL-SPIN3201 richiede u software è hardware seguenti:
- Un PC Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) per installà u pacchettu di software
- Un cable USB mini-B per cunnette a scheda STEVAL-SPIN3201 à u PC
- U STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Un mutore DC senza spazzole trifase cù un voltage e valutazioni attuali
- Un alimentazione DC esterna.
Accuminciari
I valori massimi di u cunsigliu sò i seguenti:
- Putenza stage supply voltage (VS) da 8 V à 45 V
- Corrente di fase di u mutore finu à 15 Arms
Per inizià u vostru prughjettu cù u bordu:
Passu 1. Verificate a pusizione di jumper secondu a cunfigurazione di destinazione (vede Sezione 4.3 Rilevazione di sovracorrente
Passu 2. Cunnette u mutore à u connector J3 chì cura di a sequenza di e fasi di u mutore.
Passu 3. Fornite a scheda attraversu l'input 1 è 2 di u connector J2. U LED DL1 (rossu) si accende.
Passu 4. Sviluppà a vostra applicazione utilizendu u STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Descrizzione di hardware è cunfigurazione
Figura 2. I cumpunenti principali è e pusizioni di i connettori mostranu a pusizione di i cumpunenti principali è i connettori nantu à u bordu.
Figura 2. Cumpunenti principali è pusizioni di connettori
Tabella 1. I jumpers di l'installazione di hardware furnisce u pinout detallatu di i connettori.
Tabella 1. Jumpers di stallazione di hardware
| Jumper | Cunfigurazioni permessi | Cundizione predeterminata |
| JP1 | Selezzione di VREG cunnessu à u mutore V | APERTURA |
| JP2 | Selezzione di l'alimentazione di u mutore cunnessu à l'alimentazione DC | CHIUSU |
| JP3 | Alimentazione di l'encoder Hall di Selezzione à l'alimentazione USB (1) / VDD (3). | 1 – 2 CHIUSU |
| JP4 | Reset di selezzione di ST-LINK (U4) | APERTURA |
| JP5 | Selezzione PA2 cunnessu à a Sala 3 | CHIUSU |
| JP6 | Selezzione PA1 cunnessu à a Sala 2 | CHIUSU |
| JP7 | Selezzione PA0 cunnessu à a Sala 1 | CHIUSU |
Tabella 2. Altri connettori, jumper, è descrizzione di punti di prova
|
Nome |
Pin | Etichetta |
Descrizzione |
| J1 | 1 - 2 | J1 | Alimentazione di u mutore |
| J2 | 1 - 2 | J2 | Alimentazione principale di u dispusitivu (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | Cunnessione di fasi di mutore BLDC trifase |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Connettore di sensori Hall/encoder |
| 4 - 5 | J4 | Fornitura di sensori Hall/encoder | |
| J5 | – | J5 | Ingressu USB ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Alimentazione ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK di ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO di ST-LINK | |
| J7 | 1 - 2 | J7 | CART |
| J8 | 1 - 2 | J8 | Reset di ST-LINK |
| TP1 | – | GREG | 12 V voltage output di regulatore |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | VELOCITÀ | Potenziometru di velocità di output |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (op-amp sensu 1) |
| TP6 | – | V-BUS | Feedback VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Output U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (op-amp sensu 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (op-amp sensu 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Risultatu V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Output W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Descrizzione di u circuitu
STEVAL-SPIN3201 fornisce una soluzione FOC completa a 3 shunt composta da un STSPIN32F0 - controller avanzato BLDC con un MCU STM32 integrato - e una potenza tripla a metà ponte.tage cù u NMOS STD140N6F7.
U STSPIN32F0 genera in modu autonomu tutti i volti di fornitura necessariatages: u cunvertitore buck DC/DC internu furnisce 3V3 è un regulatore lineare internu furnisce 12 V per i driver di porta.
U cundizionamentu di u signale di feedback attuale hè realizatu attraversu trè di l'operativi amplifiers incrustati in u dispusitivu è un comparatore internu esegue a prutezzione di overcurrent da resistori shunt.
Dui buttoni d'utilizatori, dui LED, è un trimmer sò dispunibuli per implementà interfacce d'utilizatori simplici (per esempiu, avvià / ferma u mutore è stabilisce a velocità di destinazione).
A scheda STEVAL-SPIN3201 supporta l'encoder in quadratura è i sensori Hall digitale cum'è feedback di pusizione di u mutore.
U tavulinu include un ST-LINK-V2 chì permette à l'utilizatori di debug è scaricate firmware senza alcun strumentu hardware extra.
4.1 Sensore di velocità di u mutore Hall/encoder
A tavola di valutazione STEVAL-SPIN3201 supporta i sensori di codificatore Hall digitale è quadratura cum'è feedback di posizione di u mutore.
I sensori ponu esse cunnessi à u STSPIN32F0 attraversu u connettore J4 hè listatu in
Table 3. Connettore Hall/encoder (J4).
| Nome | Pin | Descrizzione |
| Hall 1/A+ | 1 | Sensore Hall 1/encoder out A+ |
| Sala 2/B+ | 2 | Sensor Hall 2/encoder out B+ |
| Sala 3/Z+ | 3 | Sensore Hall 3/encoder zero feedback |
| sensor VDD | 4 | Alimentazione di sensori voltage |
| GND | 5 | Terra |
Un resistore di serie di prutezzione di 1 kΩ hè muntatu in una serie cù uscite di sensori.
Per i sensori chì necessitanu un pull-up esternu, trè resistori 10 kΩ sò digià muntati nantu à e linee di output è cunnessi à u VDD vol.tage. Nant'à e stesse linee, una impronta per resistori pull-down hè ancu dispunibule.
U jumper JP3 selezziunate l'alimentazione per l'alimentazione di sensor voltage:
- Jumper trà u pin 1 - pin 2: Sensori Hall alimentati da VUSB (5 V)
- Jumper trà u pin 1 - pin 2: Sensori Hall alimentati da VDD (3.3 V)
L'utilizatore pò disconnect outputs sensori da i jumpers d'apertura MCU GPIO JP5, JP6 è JP7.
4.2 Sensing currente
In a scheda STEVAL-SPIN3201, u cundizionamentu di u signale di rilevazione attuale hè realizatu attraversu trè di l'operativi. amplifiers integrati in u dispusitivu STSPIN32F0.
In una tipica applicazione FOC, i currenti in i trè mezze ponti sò rilevati cù un resistore shunt nantu à a fonte di ogni interruttore di putenza di u latu bassu. U sensu voltagI signali sò furniti à un cunvertitore analogicu-digitale per fà u calculu di a matrice in relazione à una certa tecnica di cuntrollu. Quelli signali sensu sò di solitu spustati è ampfurnitu da l'opzioni dedicateamps in ordine di sfruttà tutta a gamma di l 'ADC (riferite a Figura 3. Schema di sensing currenti example).
Figura 3. Schema di sensazione attuale example
I signali sensu anu da esse spustati è centrati in VDD/2 voltage (circa 1.65 V) è amplified again chì furnisce a cuncordanza trà u valore massimu di u segnu sensu è a gamma completa di l'ADC.
U voltage spustamentu stage introduce l'attenuazione (1/Gp) di u signale di feedback chì, inseme à u guadagnu di a cunfigurazione non invertente (Gn, fissata da Rn è Rf), cuntribuisce à u guadagnu generale (G). Comu digià citatu, u scopu hè di stabilisce u generale amplificazione rete guadagnu (G) cusì chì u voltage nantu à a resistenza di shunt chì currisponde à a corrente massima permessa di u mutore (valore di punta ISmax di a corrente nominale di u mutore) si adatta à a gamma di vol.taghè leggibile da l'ADC.
Nota chì, una volta G hè fissu, hè megliu cunfigurà lu abbassendu l'attenuazione iniziale 1/Gp u più pussibule è, dunque, u guadagnu Gn. Questu hè impurtante micca solu per maximizà u signale da u rapportu di rumore, ma ancu per riduce l'effettu di l'op-amp offset intrinsicu nantu à l'output (prupurziunale à Gn).
U guadagnu è a polarizazione voltage (VOPout, pol) determina a gamma operativa di u circuitu di rilevazione di corrente:
Induve:
- IS- = corrente massima di origine
- IS+ = corrente massima affundata chì pò esse rilevata da i circuiti.
Tabella 4. STEVE-SPIN3201 op-amps rete di polarizazione
|
Parametru |
Riferimentu di parte | 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 Deteczione di sovracorrente
A scheda di valutazione STEVAL-SPIN3201 implementa a prutezzione di sovracorrente basatu annantu à u comparatore OC integratu STSPIN32F0. I resistori di shunt misuranu a corrente di carica di ogni fase. I resistori R50, R51 è R52 portanu u voltage signali assuciati cù ogni corrente di carica à u pin OC_COMP. Quandu u piccu currente chì scorri in una di e trè fasi supera u sogliu sceltu, u comparatore integratu hè attivatu è tutti l'interruttori di l'alta putenza laterale sò disattivati. L'interruttori di putenza high-side sò attivati di novu quandu u currente cade sottu à u sogliu, implementendu cusì a prutezzione di sovracorrente.
I soglie attuali per u cunsigliu di valutazione STEVAL-SPIN3201 sò elencati in
Table 5. Soglia di sovracorrente.
| PF6 | PF7 | Compu internu. soglia | U sogliu OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Queste soglie ponu esse mudificate cambiendu a resistenza di bias R43. Hè cunsigliatu à sceglie R43 supiriuri a 30 kΩ. Per calculà u valore di R43 per un limite di corrente di destinazione IOC, a formula seguente pò esse usata:
induve OC_COMPth hè u voltage soglia di u comparatore internu (selettu da u PF6 è PF7), è VDD hè u 3.3 V di l'alimentazione digitale vol.tage furnitu da u cunvertitore buck DCDC internu.
Eliminazione di l'R43, a formula di u limitu attuale hè simplificata cum'è seguente:
4.4 Bus voltage circuit
A tavola di valutazione STEVAL-SPIN3201 furnisce u bus voltage sensazione. Stu signale hè mandatu à traversu un voltage divisore da l'alimentazione di u mutore voltage (VBUS) (R10 è R16) è mandatu à u PB1 GPIO (canale 9 di l'ADC) di u MCU integratu. U signale hè ancu dispunibule nantu à u TP6.
4.5 Interfaccia d'utilizatore hardware
U bordu include i seguenti elementi di l'interfaccia d'utilizatore hardware:
- Potenziometru R6: stabilisce a velocità di destinazione, per esample
- Switch SW1: resetta STSPIN32F0 MCU è ST-LINK V2
- Cambia SW2: buttone d'utilizatore 1
- Cambia SW3: buttone d'utilizatore 2
- LED DL3: LED utente 1 (si accende ancu quandu u buttone utente 1 hè premutu)
- LED DL4: LED di l'utilizatore 2 (si accende ancu quandu i buttoni di l'utilizatori 2 sò pressati)
4.6 Debug
A tavola di valutazione STEVAL-SPIN3201 incorpora un debugger / programatore ST-LINK/V2-1. E funzioni supportate da ST-LINK sò:
- Renumerazione di u software USB
- Interfaccia di u portu virtuale com in USB cunnessu à i pin PB6/PB7 di u STSPIN32F0 (UART1)
- Interfaccia di almacenamiento di massa nantu à USB
L'alimentazione per l'ST-LINK hè furnita da u PC host per via di u cable USB cunnessu à u J5.
U LED LD2 furnisce infurmazioni di u statutu di cumunicazione ST-LINK: - LED rossa lampeggiante lentamente: à l'accensione prima di l'inizializazione USB
- LED rossa lampeggiante rapidamente: dopu a prima cumunicazione curretta trà u PC è ST-LINK/V2-1 (enumerazione)
- LED rossa ON: l'inizializazione trà u PC è ST-LINK/V2-1 hè cumpleta
- LED verde ON: inizializazione successu di a cumunicazione di destinazione
- LED rosso/verde lampeggiante: durante a cumunicazione cù u mira
- Green ON: cumunicazione finita è successu
A funzione di reset hè disconnected from the ST-LINK sguassendu u jumper J8.
Storia di rivisione
Table 6. Storia di rivisione di documenti
| Data | Revisione | Cambiamenti |
| 12-Dic-20161 | 1 | Liberazione iniziale. |
| 23-Nov-2017 | 2 | Aggiunta Sezione 4.2: Sensing current in pagina 7. |
| 27-Feb-2018 | 3 | Modificazioni minori in tuttu u documentu. |
| 18-aostu-2021 | 4 | Correzione di mudellu minore. |
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