زندگی
UM2154

راهنمای کاربر

STEVE-SPIN3201: کنترلر پیشرفته BLDC با برد ارزیابی STM32 MCU تعبیه شده

مقدمه

برد STEVAL-SPIN3201 یک برد درایور موتور DC 3 فاز بدون جاروبک است که بر اساس STSPIN32F0، یک کنترل کننده 3 فاز با یک MCU یکپارچه STM32 است و از مقاومت های 3 شنت به عنوان توپولوژی خواندن جریان استفاده می کند.
این یک راه حل با کاربری آسان برای ارزیابی دستگاه در کاربردهای مختلف مانند لوازم خانگی، فن ها، پهپادها و ابزارهای برقی ارائه می دهد.
این برد برای الگوریتم کنترل میدان گرا حسگر یا بدون حسگر با سنجش 3 شنت طراحی شده است.

شکل 1. تابلوی ارزیابی STEVE-SPIN3201

الزامات سخت افزاری و نرم افزاری

استفاده از برد ارزیابی STEVAL-SPIN3201 به نرم افزار و سخت افزار زیر نیاز دارد:

• یک رایانه Windows® (XP، Vista 7، Windows 8، Windows 10) برای نصب بسته نرم افزاری
• یک کابل USB mini-B برای اتصال برد STEVAL-SPIN3201 به رایانه شخصی
• کیت توسعه نرم افزار کنترل موتور STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
• یک موتور 3 فاز براشلس DC با ولتاژ سازگارtage و رتبه های فعلی
•  منبع تغذیه DC خارجی

شروع کردن

حداکثر امتیازات هیئت مدیره به شرح زیر است:

• قدرت stage عرضه جلدtage (VS) از 8 ولت تا 45 ولت
• جریان فاز موتور تا 15 بازو

برای شروع پروژه خود با هیئت مدیره:

مرحله 1. موقعیت جامپر را با توجه به پیکربندی هدف بررسی کنید (به بخش 4.3 تشخیص جریان اضافه مراجعه کنید
مرحله 2. موتور را با مراقبت از توالی فازهای موتور به کانکتور J3 وصل کنید.
مرحله 3. برد را از طریق ورودی 1 و 2 کانکتور J2 تامین کنید. LED DL1 (قرمز) روشن می شود.
مرحله 4. برنامه خود را با استفاده از کیت توسعه نرم افزار کنترل موتور STM32 Rev Y توسعه دهید (X-CUBEMCSDK-Y).

توضیحات و پیکربندی سخت افزار

شکل 2. موقعیت اجزای اصلی و کانکتورها موقعیت اجزای اصلی و کانکتورها را روی برد نشان می دهد.
شکل 2. اجزای اصلی و موقعیت اتصال دهنده ها

جدول 1. جامپرهای تنظیم سخت افزار، پین اوت دقیق کانکتورها را ارائه می دهند.
جدول 1. جامپرهای تنظیم سخت افزار

جامپر	تنظیمات مجاز	شرط پیش فرض
JP1	انتخاب VREG متصل به موتور V	باز کردن
JP2	منبع تغذیه موتور انتخابی متصل به منبع تغذیه DC	بسته شد
JP3	منبع تغذیه انکودر انتخاب سالن به منبع تغذیه USB (1) / VDD (3).	1 – 2 بسته است
JP4	بازنشانی انتخاب ST-LINK (U4)	باز کردن
JP5	انتخاب PA2 به سالن 3 متصل است	بسته شد
JP6	انتخاب PA1 به سالن 2 متصل است	بسته شد
JP7	انتخاب PA0 به سالن 1 متصل است	بسته شد

جدول 2. سایر اتصالات، جامپر، و توضیحات نقاط تست

نام	سنجاق	برچسب بزنید	توضیحات
J1	1 - 2	J1	منبع تغذیه موتور
J2	1 - 2	J2	منبع تغذیه اصلی دستگاه (VM)
J3	1 - 2 - 3	U، V، W	اتصال فازهای موتور BLDC 3 فاز
J4	1 - 2 - 3	J4	رابط سنسور هال/رمزگذار
	4 - 5	J4	تامین سنسور هال/رمزگذار
J5	–	J5	ورودی USB ST-LINK
J6	1	3V3	منبع تغذیه ST-LINK
	2	CLK	SWCLK ST-LINK
	3	GND	GND
	4	DIO	SWDIO از ST-LINK
J7	1 - 2	J7	سبد خرید
J8	1 - 2	J8	ST-LINK بازنشانی
TP1	–	GREG	حجم 12 ولتtagخروجی رگولاتور
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	سرعت	خروجی پتانسیومتر سرعت
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (خروجیamp حس 1)
TP6	–	V-BUS	بازخورد VBus
TP7	–	OUT_U	خروجی U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (خروجیamp حس 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (خروجیamp حس 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	OUT_V	خروجی V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	خروجی W
TP14	–	3V3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	USB voltage
TP16	–	I/O	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

توضیحات مدار

STEVAL-SPIN3201 یک راه حل کامل FOC 3 شنت متشکل از STSPIN32F0 - کنترل کننده BLDC پیشرفته با یک MCU تعبیه شده STM32 - و یک s قدرت نیمه پل سه گانه ارائه می کند.tage با NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 به طور مستقل تمام حجم منبع مورد نیاز را تولید می کندtages: مبدل داخلی DC/DC باک 3V3 و یک رگولاتور خطی داخلی 12 ولت را برای درایورهای گیت فراهم می کند.
شرطی سازی سیگنال بازخورد فعلی از طریق سه مورد عملیاتی انجام می شود ampلیفایرهای تعبیه شده در دستگاه و مقایسه کننده داخلی، محافظت در برابر جریان اضافه از مقاومت های شانت را انجام می دهد.
دو دکمه کاربر، دو LED، و یک صاف کننده برای پیاده سازی رابط های کاربری ساده (به عنوان مثال، راه اندازی/توقف موتور و تنظیم سرعت هدف) در دسترس هستند.
برد STEVAL-SPIN3201 از رمزگذار مربعی و سنسورهای دیجیتال هال به عنوان بازخورد موقعیت موتور پشتیبانی می کند.
این برد شامل ST-LINK-V2 است که به کاربر امکان می دهد بدون هیچ ابزار سخت افزاری اضافی، سیستم عامل را اشکال زدایی و دانلود کند.

4.1 سنسور سرعت موتور هال/انکودر
برد ارزیابی STEVAL-SPIN3201 از سنسور دیجیتال هال و رمزگذار مربعی به عنوان بازخورد موقعیت موتور پشتیبانی می کند.
سنسورها را می توان از طریق کانکتور J32 به STSPIN0F4 متصل کرد

جدول 3. رابط هال/رمزگذار (J4). 

نام	سنجاق	توضیحات
Hall1/A+	1	سنسور هال 1/رمزگذار A+
Hall2/B+	2	سنسور Hall 2/Encoder out B+
Hall3/Z+	3	سنسور هال 3/انکودر بازخورد صفر
سنسور VDD	4	تامین سنسور جلدtage
GND	5	زمین

یک مقاومت سری حفاظتی 1 کیلوییΩ در یک سری با خروجی سنسور نصب شده است.
برای سنسورهایی که نیاز به کشش خارجی دارند، سه مقاومت 10 کیلو اهم از قبل روی خطوط خروجی نصب شده و به VDD vol متصل شده است.tagه. در همین خطوط، ردپایی برای مقاومت های کشویی نیز موجود است.

جامپر JP3 منبع تغذیه منبع تغذیه سنسور را انتخاب می کندtage:

• جامپر بین پایه 1 - پایه 2: سنسورهای هال با VUSB (5 ولت)
• جامپر بین پایه 1 – پایه 2: سنسورهای هال با VDD (3.3 ولت)
  کاربر می تواند خروجی های حسگر را از بلوزهای بازکننده MCU GPIO JP5، JP6 و JP7 جدا کند.

4.2 سنجش جریان

در برد STEVAL-SPIN3201، تهویه سیگنال سنجش جریان از طریق سه مورد عملیاتی انجام می شود. ampلیفایرهای تعبیه شده در دستگاه STSPIN32F0.
در یک برنامه معمولی FOC، جریان در سه نیم پل با استفاده از یک مقاومت شنت در منبع هر سوئیچ قدرت جانبی پایین حس می شود. حس جلدtagسیگنال های e به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ارائه می شود تا محاسبه ماتریس مربوط به یک تکنیک کنترل خاص را انجام دهد. آن سیگنال های حسی معمولاً جابجا می شوند و ampثابت شده توسط عملیات اختصاصیamps به منظور بهره برداری از محدوده کامل ADC (به شکل 3 مراجعه کنید. طرح سنجش جریان سابقample)

شکل 3. طرح سنجش جریان سابقample

سیگنال های حسی باید بر روی VDD/2 vol جابجا و متمرکز شوندtage (حدود 1.65 ولت) و ampدوباره lified که تطابق بین حداکثر مقدار سیگنال حس شده و محدوده مقیاس کامل ADC را فراهم می کند.
جلدtage shifting stage تضعیف (1/Gp) سیگنال بازخورد را معرفی می کند که همراه با بهره پیکربندی غیر معکوس (Gn، ثابت شده توسط Rn و Rf)، به بهره کلی (G) کمک می کند. همانطور که قبلا ذکر شد، هدف ایجاد کلی است ampبهره شبکه لیفیکاسیون (G) به طوری که جلدtage در مقاومت شنت متناظر با حداکثر جریان مجاز موتور (ISmax حداکثر مقدار جریان نامی موتور) متناسب با محدوده voltagتوسط ADC قابل خواندن است.

توجه داشته باشید پس از اینکه G ثابت شد، بهتر است آن را با کاهش تضعیف اولیه 1/Gp تا حد ممکن و در نتیجه بهره Gn پیکربندی کنید. این نه تنها برای به حداکثر رساندن سیگنال از طریق نسبت نویز مهم است، بلکه برای کاهش اثر عملیاتamp آفست ذاتی در خروجی (متناسب با Gn).

سود و قطبش جلدtage (VOPout، pol) محدوده عملیاتی مدار سنجش جریان را تعیین می کند:

کجا:

• IS- = حداکثر جریان منبع
• IS+ = حداکثر جریان غرق شده که توسط مدار قابل تشخیص است.

جدول 4. STEVE-SPIN3201 op-ampشبکه پلاریزاسیون

پارامتر	مرجع قسمت	Rev. 1	Rev. 3
Rp	R14، R24، R33	560 Ω	1.78 کیلو اهم
Ra	R12، R20، R29	8.2 کیلو اهم	27.4 کیلو اهم
Rb	R15، R25، R34	560 Ω	27.4 کیلو اهم
Rn	R13، R21، R30	1 کیلو اهم	1.78 کیلو اهم
Rf	R9، R19، R28	15 کیلو اهم	13.7 کیلو اهم
Cf	C15، C19، C20	100 pF	NM
G	–	7.74	7.70
VOPout، pol	–	1.74 V	1.65 V

4.3 تشخیص جریان اضافه

برد ارزیابی STEVAL-SPIN3201 حفاظت اضافه جریان را بر اساس مقایسه کننده OC یکپارچه STSPIN32F0 اجرا می کند. مقاومت های شنت جریان بار هر فاز را اندازه گیری می کنند. مقاومت های R50، R51 و R52 حجم را به ارمغان می آورندtagسیگنال های مرتبط با هر بار جریان به پین ​​OC_COMP. هنگامی که جریان اوج جریان در یکی از سه فاز از آستانه انتخاب شده فراتر رود، مقایسه کننده یکپارچه راه اندازی می شود و تمام کلیدهای قدرت جانبی بالا غیرفعال می شوند. هنگامی که جریان به زیر آستانه می‌رسد، کلیدهای برق سمت بالا دوباره فعال می‌شوند، بنابراین محافظت در برابر جریان اضافه انجام می‌شود.
آستانه های فعلی برای هیئت ارزیابی STEVAL-SPIN3201 در فهرست شده است

جدول 5. آستانه اضافه جریان.

PF6	PF7	كامپيوتر داخلي آستانه	آستانه OC
0	1	100 میلی ولت	20 الف
1	0	250 میلی ولت	65 الف
1	1	500 میلی ولت	140 الف

این آستانه ها را می توان با تغییر مقاومت بایاس R43 تغییر داد. توصیه می شود R43 را بالاتر از 30 کیلو اهم انتخاب کنید. برای محاسبه مقدار R43 برای یک IOC حد جریان هدف، از فرمول زیر می توان استفاده کرد:

که در آن OC_COMPth جلد استtagآستانه e مقایسه کننده داخلی (انتخاب شده توسط PF6 و PF7)، و VDD ولتاژ منبع دیجیتال 3.3 ولت است.tage توسط مبدل داخلی DCDC باک ارائه شده است.
با حذف R43، فرمول آستانه فعلی به صورت زیر ساده می شود:

4.4 اتوبوس جلدtagمدار الکترونیکی

تابلوی ارزیابی STEVAL-SPIN3201 bus Voltagحس کردن این سیگنال از طریق vol ارسال می شودtagتقسیم کننده از منبع تغذیه موتور voltage (VBUS) (R10 و R16) و به PB1 GPIO (کانال 9 ADC) MCU تعبیه شده ارسال می شود. سیگنال در TP6 نیز موجود است.

4.5 رابط کاربری سخت افزار

این برد شامل موارد رابط کاربری سخت افزار زیر است:

• پتانسیومتر R6: سرعت هدف را برای مثال تنظیم می کندample
• سوئیچ SW1: STSPIN32F0 MCU و ST-LINK V2 را بازنشانی می کند
• سوئیچ SW2: دکمه کاربر 1
• سوئیچ SW3: دکمه کاربر 2
• LED DL3: LED 1 کاربر (همچنین با فشار دادن دکمه کاربر 1 روشن می شود)
• LED DL4: LED 2 کاربر (همچنین با فشار دادن دکمه های کاربر 2 روشن می شود)

4.6 اشکال زدایی

برد ارزیابی STEVAL-SPIN3201 یک دیباگر/برنامه نویس ST-LINK/V2-1 را تعبیه می کند. ویژگی های پشتیبانی شده در ST-LINK عبارتند از:

• شماره گذاری مجدد نرم افزار USB
• رابط پورت com مجازی روی USB متصل به پین‌های PB6/PB7 STSPIN32F0 (UART1)
• رابط ذخیره سازی انبوه در USB
  منبع تغذیه ST-LINK توسط کامپیوتر میزبان از طریق کابل USB متصل به J5 تامین می شود.
  LED LD2 اطلاعات وضعیت ارتباط ST-LINK را ارائه می دهد:
• LED قرمز به آرامی چشمک می زند: هنگام روشن شدن قبل از شروع USB
• LED قرمز به سرعت چشمک می زند: پس از اولین ارتباط صحیح بین رایانه شخصی و ST-LINK/V2-1 (شمارش)
• LED قرمز روشن: مقداردهی اولیه بین رایانه شخصی و ST-LINK/V2-1 کامل شده است
• LED سبز روشن: راه‌اندازی موفقیت آمیز ارتباط هدف
• چشمک زن قرمز/سبز LED: در هنگام ارتباط با هدف
• سبز روشن: ارتباط به پایان رسید و موفق شد
  عملکرد ریست با برداشتن جامپر J8 از ST-LINK قطع می شود.

تاریخچه تجدید نظر

جدول 6. تاریخچه بازنگری سند

تاریخ	تجدید نظر	تغییرات
12-دسامبر-20161	1	انتشار اولیه
23-نوامبر-2017	2	اضافه شده بخش 4.2: سنجش جریان در صفحه 7.
27-2018 فوریه	3	تغییرات جزئی در سراسر سند.
18 اوت-2021	4	اصلاح جزئی قالب

STMicroelectronics NV و شرکت‌های تابعه آن ("ST") این حق را برای خود محفوظ می‌دارند که در هر زمان بدون اطلاع قبلی، تغییرات، اصلاحات، بهبودها، اصلاحات و بهبودها را در محصولات ST و/یا این سند ایجاد کنند. خریداران باید آخرین اطلاعات مربوط به محصولات ST را قبل از ثبت سفارش به دست آورند. محصولات ST طبق شرایط و ضوابط فروش ST در زمان تایید سفارش فروخته می شوند. خریداران تنها مسئول انتخاب، انتخاب و استفاده از محصولات ST هستند و ST هیچ مسئولیتی در قبال کمک برنامه یا طراحی محصولات خریداران نمی پذیرد. 

اعلان مهم - لطفاً با دقت بخوانید

هیچ مجوز صریح یا ضمنی برای هیچ گونه حق مالکیت معنوی توسط ST در اینجا اعطا نمی شود.
فروش مجدد محصولات ST با مقرراتی متفاوت از اطلاعات مندرج در اینجا هرگونه ضمانت اعطا شده توسط ST برای چنین محصولی را باطل می کند.
ST و آرم ST علائم تجاری ST هستند. برای اطلاعات بیشتر در مورد علائم تجاری ST، لطفاً به www.st.com/trademarks. سایر نام های محصول یا خدمات متعلق به صاحبان مربوطه می باشد.
اطلاعات این سند جایگزین اطلاعاتی می شود که قبلاً در هر نسخه قبلی این سند ارائه شده است.

© 2021 STMicroelectronics – کلیه حقوق محفوظ است

اسناد / منابع

کنترلر پیشرفته BLDC ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 با برد ارزیابی MCU جاسازی شده STM32 [pdf] دفترچه راهنمای کاربر کنترلر پیشرفته BLDC UM2154، STEVAL-SPIN3201 با برد ارزیابی MCU جاسازی شده STM32

مراجع

• راهنمای کاربر