vida aumentada
UM2154
Manual de usuario
STEVE-SPIN3201: controlador BLDC avanzado con placa de evaluación STM32 MCU incorporada
Introducción
La placa STEVAL-SPIN3201 es una placa controladora de motor de CC sin escobillas trifásica basada en el STSPIN3F32, un controlador trifásico con una MCU STM0 integrada e implementa resistencias de 3 derivaciones como topología de lectura de corriente.
Proporciona una solución fácil de usar para la evaluación del dispositivo en diferentes aplicaciones como electrodomésticos, ventiladores, drones y herramientas eléctricas.
La placa está diseñada para el algoritmo de control orientado al campo con sensor o sin sensor con detección de 3 derivaciones.
Figura 1. Placa de evaluación STEVE-SPIN3201
Requisitos de hardware y software
El uso de la placa de evaluación STEVAL-SPIN3201 requiere el siguiente software y hardware:
- Una PC con Windows® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) para instalar el paquete de software
- Un cable USB mini-B para conectar la placa STEVAL-SPIN3201 a la PC
- Kit de desarrollo de software de control de motores STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Un motor de CC sin escobillas trifásico con un voltagey calificaciones actuales
- Una fuente de alimentación de CC externa.
Empezando
Las calificaciones máximas del tablero son las siguientes:
- Poder stage suministro voltage (VS) de 8 V a 45 V
- Corriente de fase del motor hasta 15 Arms
Para comenzar su proyecto con el tablero:
Paso 1. Verifique la posición del puente de acuerdo con la configuración de destino (consulte la Sección 4.3 Detección de sobrecorriente
Paso 2. Conectar el motor al conector J3 cuidando la secuencia de las fases del motor.
Paso 3. Alimentar la placa a través de las entradas 1 y 2 del conector J2. Se encenderá el LED DL1 (rojo).
Paso 4. Desarrolle su aplicación utilizando el Kit de desarrollo de software de control de motores STM32 Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Descripción y configuración del hardware
Cifra 2. Las posiciones de los conectores y componentes principales muestran la posición de los conectores y componentes principales en la placa.
Cifra 2. Posiciones de conectores y componentes principales
Tabla 1. Los puentes de configuración de hardware proporcionan la distribución detallada de los conectores.
Tabla 1. Puentes de configuración de hardware
| Saltador | Configuraciones permitidas | Condición predeterminada |
| JP1 | Selección de VREG conectado al motor V | ABIERTO |
| JP2 | Selección de la fuente de alimentación del motor conectada a la fuente de alimentación de CC | CERRADO |
| JP3 | Selección de alimentación del codificador Hall a la fuente de alimentación USB (1) / VDD (3) | 1-2 CERRADO |
| JP4 | Reset de selección de ST-LINK (U4) | ABIERTO |
| JP5 | Selección PA2 conectado al pabellón 3 | CERRADO |
| JP6 | Selección PA1 conectado al pabellón 2 | CERRADO |
| JP7 | Selección PA0 conectado al pabellón 1 | CERRADO |
Tabla 2. Descripción de otros conectores, puentes y puntos de prueba
|
Nombre |
Alfiler | Etiqueta |
Descripción |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Fuente de poder del motor |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Fuente de alimentación principal del dispositivo (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | Conexión de las fases del motor BLDC trifásico |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Conector de sensores Hall / encoder |
| 4 – 5 | J4 | Suministro de sensores / codificadores Hall | |
| J5 | – | J5 | Entrada USB ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Fuente de alimentación ST-LINK |
| 2 | Clic | SWCLK de ST-LINK | |
| 3 | Tierra | Tierra | |
| 4 | Dio | SWDIO de ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | CARRO |
| J8 | 1 – 2 | J8 | Restablecimiento de ST-LINK |
| TP1 | – | Gregorio | 12 V vol.tage salida del regulador |
| TP2 | – | Tierra | Tierra |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | VELOCIDAD | Salida del potenciómetro de velocidad |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (salida op-amp sentido 1) |
| TP6 | – | VBUS | Comentarios de VBus |
| TP7 | – | SALIDA_U | Salida U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (salida op-amp sentido 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (salida op-amp sentido 3) |
| TP10 | – | Tierra | Tierra |
| TP11 | – | SALIDA_V | Salida V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | SALIDA_O | Salida W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-ENLACE |
| TP15 | – | 5V | volumen USBtage |
| TP16 | – | E/S | SWD_IO |
| TP17 | – | Clic | SWD_CLK |
Descripción del circuito
El STEVAL-SPIN3201 proporciona una solución FOC completa de 3 derivaciones compuesta por un STSPIN32F0 (controlador BLDC avanzado con una MCU STM32 incorporada) y una potencia triple de medio puentetage con el NMOS STD140N6F7.
El STSPIN32F0 genera de forma autónoma todo el volumen de suministro necesariotages: el convertidor reductor CC / CC interno proporciona 3V3 y un regulador lineal interno proporciona 12 V para los controladores de puerta.
El acondicionamiento de la señal de retroalimentación actual se realiza a través de tres de los ampsalvavidas incrustados en el dispositivo y un comparador interno realiza protección contra sobrecorriente de resistencias de derivación.
Hay dos botones de usuario, dos LED y un recortador disponibles para implementar interfaces de usuario simples (por ejemplo, arrancar / detener el motor y establecer la velocidad objetivo).
La placa STEVAL-SPIN3201 admite el codificador de cuadratura y los sensores Hall digitales como retroalimentación de la posición del motor.
La placa incluye un ST-LINK-V2 que permite al usuario depurar y descargar firmware sin ninguna herramienta de hardware adicional.
4.1 Sensor de velocidad del motor Hall / encoder
La placa de evaluación STEVAL-SPIN3201 admite los sensores de codificador de cuadratura y Hall digitales como retroalimentación de posición del motor.
Los sensores se pueden conectar al STSPIN32F0 a través del conector J4 que se enumera en
Tabla 3. Conector Hall / encoder (J4).
| Nombre | Alfiler | Descripción |
| Pasillo1 / A + | 1 | Sensor Hall 1 / salida de codificador A + |
| Hall2 / B + | 2 | Sensor Hall 2 / salida de codificador B + |
| Hall3 / Z + | 3 | Sensor Hall 3 / retroalimentación cero del codificador |
| Sensor VDD | 4 | Vol. De suministro del sensortage |
| Tierra | 5 | Suelo |
Una resistencia en serie de protección de 1 kΩ está montado en una serie con salidas de sensor.
Para los sensores que requieren un pull-up externo, tres resistencias de 10 kΩ ya están montadas en las líneas de salida y conectadas al VDD vol.tagmi. En las mismas líneas, también está disponible una huella para resistencias desplegables.
El jumper JP3 selecciona la fuente de alimentación para el voltaje de suministro del sensor.tage:
- Puente entre el pin 1 - pin 2: sensores Hall alimentados por VUSB (5 V)
- Puente entre el pin 1 - pin 2: sensores Hall alimentados por VDD (3.3 V)
El usuario puede desconectar las salidas del sensor de los puentes de apertura JP5, JP6 y JP7 de MCU GPIO.
4.2 Detección de corriente
En la placa STEVAL-SPIN3201, el acondicionamiento de la señal de detección de corriente se realiza a través de tres de los ampLifiers incrustados en el dispositivo STSPIN32F0.
En una aplicación FOC típica, las corrientes en los tres medios puentes se detectan mediante una resistencia de derivación en la fuente de cada interruptor de potencia del lado de baja. El sentido voltagLas señales se envían a un convertidor de analógico a digital para realizar el cálculo de la matriz relacionado con una determinada técnica de control. Esas señales sensoriales generalmente se cambian y amplificado por operaciones dedicadasamps para aprovechar todo el rango del ADC (consulte la Figura 3. Esquema de detección de corriente, por ejemplo,ample).
Figura 3. Esquema de detección de corriente example
Las señales de detección deben cambiarse y centrarse en VDD / 2 vol.tage (aproximadamente 1.65 V) y amplified de nuevo que proporciona la correspondencia entre el valor máximo de la señal detectada y el rango de escala completa del ADC.
El voltage cambiando stage introduce la atenuación (1 / Gp) de la señal de realimentación que, junto con la ganancia de la configuración no inversora (Gn, fijada por Rn y Rf), contribuye a la ganancia total (G). Como ya se mencionó, el objetivo es establecer el ampganancia de red de lificación (G) de modo que el volumentage en la resistencia de derivación correspondiente a la corriente máxima permitida del motor (valor pico ISmax de la corriente nominal del motor) se ajusta al rango de voltages legible por el ADC.
Nota que, una vez fijada G, es mejor configurarla bajando al máximo la atenuación inicial 1 / Gp y, por tanto, la ganancia Gn. Esto es importante no solo para maximizar la señal por la relación de ruido, sino también para reducir el efecto de la operación.amp Desplazamiento intrínseco en la salida (proporcional a Gn).
La ganancia y la polarización vol.tage (VOPout, pol) determina el rango operativo del circuito de detección de corriente:
Dónde:
- IS- = corriente de origen máxima
- IS + = corriente hundida máxima que puede ser detectada por los circuitos.
Tabla 4. STEVE-SPIN3201 op-amps red de polarización
|
Parámetro |
Referencia de pieza | Rev. 1 |
Rev. 3 |
| Rp | R14, R24, R33 | 560 ohmios | 1.78 kW |
| Ra | R12, R20, R29 | 8.2 kW | 27.4 kW |
| Rb | R15, R25, R34 | 560 ohmios | 27.4 kW |
| Rn | R13, R21, R30 | 1 kW | 1.78 kW |
| Rf | R9, R19, R28 | 15 kW | 13.7 kW |
| Cf | C15, C19, C20 | 100 pF | Nuevo Méjico |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOPsalida, pol | – | 1.74 V | 1.65 V |
4.3 Detección de sobrecorriente
La placa de evaluación STEVAL-SPIN3201 implementa protección contra sobrecorriente basada en el comparador OC integrado STSPIN32F0. Las resistencias de derivación miden la corriente de carga de cada fase. Las resistencias R50, R51 y R52 traen el voltage señales asociadas con cada corriente de carga al pin OC_COMP. Cuando la corriente máxima que fluye en una de las tres fases excede el umbral seleccionado, el comparador integrado se activa y todos los interruptores de potencia del lado alto se desactivan. Los interruptores de potencia del lado alto se habilitan nuevamente cuando la corriente cae por debajo del umbral, implementando así la protección contra sobrecorriente.
Los umbrales actuales para la placa de evaluación STEVAL-SPIN3201 se enumeran en
Tabla 5. Umbrales de sobrecorriente.
| PF6 | PF7 | Comp interna. umbral | Umbral OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Estos umbrales se pueden modificar cambiando la resistencia de polarización R43. Se recomienda elegir R43 superior a 30 kΩ. Para calcular el valor de R43 para un límite de corriente objetivo IOC, se puede utilizar la siguiente fórmula:
donde OC_COMPth es el voltagEl umbral del comparador interno (seleccionado por el PF6 y PF7), y VDD es el voltaje de alimentación digital de 3.3 Vtage proporcionado por el convertidor reductor DCDC interno.
Al eliminar el R43, la fórmula del umbral actual se simplifica de la siguiente manera:
4.4 Vol. Bustage circuito
La placa de evaluación STEVAL-SPIN3201 proporciona el bus voltage sintiendo. Esta señal se envía a través de un vol.tage divisor del voltaje de suministro del motortage (VBUS) (R10 y R16) y enviado al PB1 GPIO (canal 9 del ADC) del MCU integrado. La señal también está disponible en el TP6.
4.5 Interfaz de usuario de hardware
La placa incluye los siguientes elementos de interfaz de usuario de hardware:
- Potenciómetro R6: establece la velocidad objetivo, por ej.ample
- Switch SW1: restablece STSPIN32F0 MCU y ST-LINK V2
- Switch SW2: botón de usuario 1
- Switch SW3: botón de usuario 2
- LED DL3: LED de usuario 1 (también se enciende cuando se presiona el botón de usuario 1)
- LED DL4: LED de usuario 2 (también se enciende cuando se presionan los botones de usuario 2)
4.6 Depuración
La placa de evaluación STEVAL-SPIN3201 incorpora un depurador / programador ST-LINK / V2-1. Las funciones compatibles con ST-LINK son:
- Reenumeración de software USB
- Interfaz de puerto com virtual en USB conectado a los pines PB6 / PB7 del STSPIN32F0 (UART1)
- Interfaz de almacenamiento masivo en USB
La fuente de alimentación para ST-LINK es proporcionada por la PC host a través del cable USB conectado al J5.
El LED LD2 proporciona información sobre el estado de la comunicación ST-LINK: - LED rojo parpadeando lentamente: en el encendido antes de la inicialización del USB
- LED rojo parpadeando rápidamente: después de la primera comunicación correcta entre el PC y ST-LINK / V2-1 (enumeración)
- LED rojo ENCENDIDO: la inicialización entre la PC y ST-LINK / V2-1 está completa
- LED verde ENCENDIDO: inicialización exitosa de la comunicación de destino
- LED rojo / verde intermitente: durante la comunicación con el objetivo
- Verde ENCENDIDO: comunicación finalizada y exitosa
La función de reinicio se desconecta del ST-LINK quitando el puente J8.
Historial de revisiones
Tabla 6. Historial de revisión del documento
| Fecha | Revisión | Cambios |
| 12 de diciembre de 20161 | 1 | Lanzamiento inicial. |
| 23 de noviembre de 2017 | 2 | Se agregó la Sección 4.2: Detección de corriente en la página 7. |
| 27 de febrero de 2018 | 3 | Pequeñas modificaciones en todo el documento. |
| 18 de agosto de 2021 | 4 | Corrección menor de la plantilla. |
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Documentos / Recursos
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ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Controlador BLDC avanzado con placa de evaluación MCU STM32 incorporada [pdf] Manual del usuario UM2154, STEVAL-SPIN3201 Controlador BLDC avanzado con placa de evaluación MCU STM32 incorporada |
