UM2154 STEVAL-SPIN3201 Advanced BLDC-ohjain, jossa on sulautettu STM32 MCU -arviointikortti Käyttöopas

elämä. arvioitu
UM2154

Käyttöohje

STEVE-SPIN3201: edistyksellinen BLDC-ohjain, jossa on sulautettu STM32 MCU-arviointikortti

Sisällys piilottaa

1 Johdanto

2 Laitteisto- ja ohjelmistovaatimukset

3 Aloittaminen

4 Laitteiston kuvaus ja kokoonpano

5 Kytkentäselostus

6 Versiohistoria

7 Asiakirjat / Resurssit

7.1 Viitteet

8 Aiheeseen liittyvät viestit

Johdanto

STEVAL-SPIN3201-kortti on 3-vaiheinen harjaton DC-moottoriohjainkortti, joka perustuu STSPIN32F0:aan, 3-vaiheiseen ohjaimeen, jossa on integroitu STM32 MCU, ja se käyttää 3-shunttivastuksia virran lukutopologiana.
Se tarjoaa helppokäyttöisen ratkaisun laitteen arviointiin erilaisissa sovelluksissa, kuten kodinkoneissa, tuulettimissa, droneissa ja sähkötyökaluissa.
Levy on suunniteltu anturoidulle tai anturittomalle kenttäsuuntautuneelle ohjausalgoritmille, jossa on 3-shunttitunnistin.

Kuva 1. STEVE-SPIN3201 arviointitaulu

Laitteisto- ja ohjelmistovaatimukset

STEVAL-SPIN3201 arviointikortin käyttö vaatii seuraavan ohjelmiston ja laitteiston:

Windows ® -tietokone (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) ohjelmistopaketin asentamista varten
Mini-B USB-kaapeli STEVAL-SPIN3201-kortin liittämiseksi tietokoneeseen

STM32-moottorin ohjausohjelmiston kehityssarja Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
3-vaiheinen harjaton DC-moottori yhteensopivalla voltage ja nykyiset arvosanat

Ulkoinen tasavirtalähde.

Aloittaminen

Hallituksen maksimiarvosanat ovat seuraavat:

Teho stage tarjonta voltage (VS) 8 V - 45 V
Moottorin vaihevirta jopa 15 astetta

Aloita projektisi taululla seuraavasti:

Vaihe 1. Tarkista hyppyjohtimen asento kohdekonfiguraation mukaan (katso Osa 4.3 Ylivirran tunnistus
Vaihe 2. Kytke moottori liittimeen J3 huolehtien moottorin vaiheiden järjestyksestä.
Vaihe 3. Syötä kortti liittimen J1 tulojen 2 ja 2 kautta. DL1 (punainen) LED syttyy.
Vaihe 4. Kehitä sovelluksesi STM32 Motor Control Software Development Kitin Rev Y avulla (X-CUBEMCSDK-Y).

Laitteiston kuvaus ja kokoonpano

Kuva 2. Pääkomponenttien ja liittimien sijainnit osoittavat pääkomponenttien ja liittimien sijainnin kortilla.
Kuva 2. Pääkomponenttien ja liittimien sijainnit

Taulukko 1. Laitteiston asetusten hyppyjohtimet tarjoavat liittimien yksityiskohtaisen liitännän.
Taulukko 1. Laitteiston asetushypyt

Jumpperi	Sallitut kokoonpanot	Oletusehto
JP1	V-moottoriin kytketyn VREG:n valinta	AVATA
JP2	Valintamoottorin virtalähde kytketty DC-virtalähteeseen	SULJETTU
JP3	Valinta Hall-enkooderin syöttö USB (1) / VDD (3) virtalähteeseen	1-2 SULJETTU
JP4	ST-LINKin valinnan nollaus (U4)	AVATA
JP5	Valinta PA2 liitetty Halliin 3	SULJETTU
JP6	Valinta PA1 liitetty Halliin 2	SULJETTU
JP7	Valinta PA0 liitetty Halliin 1	SULJETTU

Taulukko 2. Muut liittimet, jumpperi ja testipisteiden kuvaus

Nimi	Pin	Label	Kuvaus
J1	1-2	J1	Moottorin virtalähde
J2	1-2	J2	Laitteen päävirtalähde (VM)
J3	1 – 2 – 3	U, V, W	3-vaiheinen BLDC-moottorin vaiheliitäntä
J4	1 – 2 – 3	J4	Hall/enkooderi anturien liitin
J4	4-5	J4	Hall-anturit/enkooderi
J5	–	J5	USB-tulo ST-LINK
J6	1	3V3	ST-LINK virtalähde
	2	CLK	ST-LINKin SWCLK
	3	GND	GND
	4	DIO	ST-LINKin SWDIO
J7	1-2	J7	OSTOSKORI
J8	1-2	J8	ST-LINK-nollaus
TP1	–	GREG	12 V voltage säätimen lähtö
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	NOPEUS	Nopeuspotentiometrin lähtö
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (lähtötoimintoamp järki 1)
TP6	–	V-BUS	VBus palaute
TP7	–	OUT_U	Lähtö U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (lähtötoimintoamp järki 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (lähtötoimintoamp järki 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	OUT_V	Lähtö V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	Lähtö W
TP14	–	3V3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	USB voltage
TP16	–	I/O	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

Kytkentäselostus

STEVAL-SPIN3201 tarjoaa täydellisen 3-shuntin FOC-ratkaisun, joka koostuu STSPIN32F0:sta – edistyneestä BLDC-ohjaimesta, jossa on sulautettu STM32 MCU – ja kolminkertaisesta puolisiltatehosta.tage NMOS STD140N6F7:n kanssa.
STSPIN32F0 tuottaa itsenäisesti kaiken tarvittavan syöttötilavuudentages: sisäinen DC/DC buck-muunnin tarjoaa 3V3 ja sisäinen lineaarinen säädin tarjoaa 12 V porttiohjaimille.
Nykyisen takaisinkytkentäsignaalin säätö suoritetaan kolmen toiminnan kautta amplaitteeseen upotetut johtimet ja sisäinen komparaattori suorittaa ylivirtasuojan shunttivastuksilta.
Kaksi käyttäjäpainiketta, kaksi LEDiä ja trimmeri ovat käytettävissä yksinkertaisten käyttöliittymien toteuttamiseksi (esim. moottorin käynnistäminen/pysäytys ja tavoitenopeuden asettaminen).
STEVAL-SPIN3201-kortti tukee kvadratuurienkooderia ja digitaalisia Hall-antureita moottorin asennon takaisinkytkentänä.
Levy sisältää ST-LINK-V2:n, jonka avulla käyttäjä voi korjata ja ladata laiteohjelmiston ilman ylimääräisiä laitteistotyökaluja.

4.1 Hall/enkooderin moottorin nopeusanturi
STEVAL-SPIN3201 arviointikortti tukee digitaalisia Hall- ja kvadratuuriantureita moottorin asennon takaisinkytkentänä.
Anturit voidaan liittää STSPIN32F0:aan J4-liittimen kautta, joka on lueteltu kohdassa

Taulukko 3. Hall/enkooderiliitin (J4).

Nimi	Pin	Kuvaus
Hall1/A+	1	Hall-anturi 1/enkooderilähtö A+
Hall2/B+	2	Hall-anturi 2/enkooderilähtö B+
Hall3/Z+	3	Hall-anturi 3/enkooderin nollapalaute
VDD anturi	4	Anturin syöttö voltage
GND	5	Maadoitus

Suojasarjavastus 1 kΩ on asennettu sarjaan anturilähdöillä.
Antureissa, jotka vaativat ulkoisen vedon, kolme 10 kΩ vastusta on jo asennettu lähtölinjoihin ja kytketty VDD vol.tage. Samoilla linjoilla on saatavilla myös alajälki alasvetovastuksille.

Jumpperi JP3 valitsee virransyötön anturin syöttötilalletage:

Nastan 1 – nastan 2 välinen hyppyjohdin: Hall-anturit saavat virtaa VUSB:sta (5 V)

Nastan 1 – nastan 2 välinen hyppyjohdin: Hall-anturit saavat virtansa VDD:stä (3.3 V)
Käyttäjä voi irrottaa anturilähdöt MCU GPIO -aukkosiltoja JP5, JP6 ja JP7.

4.2 Virran tunnistus

STEVAL-SPIN3201-kortissa virran mittaussignaalin säätö suoritetaan kolmen toimintatavan kautta. ampSTSPIN32F0-laitteeseen upotetut nostimet.
Tyypillisessä FOC-sovelluksessa kolmen puolisillan virrat havaitaan käyttämällä shunttivastusta kunkin matalan puolen tehokytkimen lähteessä. The sense voltage signaalit syötetään analogia-digitaalimuuntimeen tiettyyn ohjaustekniikkaan liittyvän matriisilaskelman suorittamiseksi. Nämä aistisignaalit ovat yleensä siirtyneet ja ampomistettu op-amps ADC:n täyden valikoiman hyödyntämiseksi (katso kuva 3. Nykyinen tunnistuskaavio esim.ample).

Kuva 3. Virran tunnistuskaavio esimample

Tunnistussignaalit on siirrettävä ja keskitettävä VDD/2 voltage (noin 1.65 V) ja amplified uudelleen, mikä tarjoaa sovituksen havaitun signaalin maksimiarvon ja ADC:n täyden asteikon välillä.
Voitage vaihtaminen stage ottaa käyttöön takaisinkytkentäsignaalin vaimennuksen (1/Gp), joka yhdessä ei-invertoivan konfiguraation vahvistuksen kanssa (Gn, Rn:n ja Rf:n kiinteä) myötävaikuttaa kokonaisvahvistukseen (G). Kuten jo mainittiin, tavoitteena on luoda kokonaisuus amplifiointiverkon vahvistus (G) niin, että voltage shunttivastuksessa, joka vastaa moottorin suurinta sallittua virtaa (moottorin nimellisvirran ISmax huippuarvo) sopii volyymialueelletagon ADC:n luettavissa.

Huom että kun G on kiinteä, on parempi konfiguroida se alentamalla alkuvaimennusta 1/Gp niin paljon kuin mahdollista ja siten vahvistusta Gn. Tämä ei ole tärkeää vain signaalin maksimoimiseksi kohinasuhteen mukaan, vaan myös toiminnan vaikutuksen vähentämiseksi.amp lähdön sisäinen siirtymä (suhteessa Gn:ään).

Vahvistus ja polarisaatio voltage (VOPout, pol) määrittää virran mittauspiirin toiminta-alueen:

Jossa:

IS- = suurin lähdevirta
IS+ = suurin uppoutunut virta, jonka piiri voi havaita.

Taulukko 4. STEVE-SPIN3201 op-amps polarisaatioverkko

Parametri	Osaviite	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 Ylivirran tunnistus

STEVAL-SPIN3201 arviointikortti toteuttaa ylivirtasuojauksen, joka perustuu integroituun STSPIN32F0 OC-vertailijaan. Shunttivastukset mittaavat kunkin vaiheen kuormitusvirran. Vastukset R50, R51 ja R52 tuovat voltage jokaiseen kuormitusvirtaan liittyvät signaalit OC_COMP-nastalle. Kun jossakin kolmesta vaiheesta kulkeva huippuvirta ylittää valitun kynnyksen, integroitu komparaattori laukeaa ja kaikki yläpuolen tehokytkimet poistetaan käytöstä. Yläpuolen tehokytkimet otetaan uudelleen käyttöön, kun virta laskee kynnyksen alapuolelle, mikä toteuttaa ylivirtasuojauksen.
STEVAL-SPIN3201 arviointitaulun nykyiset kynnysarvot on lueteltu kohdassa

Taulukko 5. Ylivirtakynnykset.

PF6	PF7	Sisäinen komp. kynnys	OC-kynnys
0	1	100 mV	20 A
1	0	250 mV	65 A
1	1	500 mV	140 A

Näitä kynnysarvoja voidaan muuttaa muuttamalla R43-esijännitevastusta. On suositeltavaa valita R43 yli 30 kΩ. R43:n arvon laskemiseksi tavoitevirtarajalle IOC voidaan käyttää seuraavaa kaavaa:

missä OC_COMPth on voltagSisäisen vertailijan kynnys (PF6 ja PF7 valitsee) ja VDD on 3.3 V:n digitaalinen syöttötila.tage tarjoaa sisäisen DCDC-buck-muuntimen.
Kun R43 poistetaan, nykyinen kynnyskaava yksinkertaistuu seuraavasti:

4.4 Bussi voltage piiri

STEVAL-SPIN3201 arviointikortti tarjoaa väylän voltage aistiminen. Tämä signaali lähetetään voltage jakaja moottorisyötöstä voltage (VBUS) (R10 ja R16) ja lähetetään sulautetun MCU:n PB1 GPIO:lle (ADC:n kanava 9). Signaali on saatavilla myös TP6:ssa.

4.5 Laitteiston käyttöliittymä

Levy sisältää seuraavat laitteistokäyttöliittymäkohteet:

Potentiometri R6: asettaa tavoitenopeuden esimample
Kytkin SW1: nollaa STSPIN32F0 MCU:n ja ST-LINK V2:n

Kytkin SW2: käyttäjäpainike 1
Kytkin SW3: käyttäjäpainike 2
LED DL3: käyttäjän LED 1 (sytyy myös, kun käyttäjä 1 -painiketta painetaan)

LED DL4: käyttäjän LED 2 (sytyy myös, kun käyttäjän 2 painikkeita painetaan)

4.6 Virheenkorjaus

STEVAL-SPIN3201 arviointikortti sisältää ST-LINK/V2-1 debuggerin/ohjelmoijan. ST-LINKin tukemat ominaisuudet ovat:

USB-ohjelmiston uudelleenlaskenta
Virtuaalinen com-porttiliitäntä USB:ssä, joka on kytketty STSPIN6F7:n (UART32) PB0/PB1-nastoihin
Massamuistiliitäntä USB:ssä
ST-LINKin virtalähde saa isäntätietokoneesta J5:een liitetyn USB-kaapelin kautta.
LED LD2 tarjoaa ST-LINK-tiedonsiirron tilatietoja:

Punainen LED vilkkuu hitaasti: käynnistettäessä ennen USB-alustusta
Punainen LED vilkkuu nopeasti: ensimmäisen oikean tiedonsiirron jälkeen PC:n ja ST-LINK/V2-1:n välillä (luettelo)
Punainen LED PÄÄLLÄ: PC:n ja ST-LINK/V2-1:n välinen alustus on valmis

Vihreä LED PÄÄLLE: onnistunut kohdeviestinnän alustus
Punainen/vihreä LED vilkkuu: tiedonsiirron aikana kohteen kanssa
Vihreä PÄÄLLÄ: viestintä on valmis ja onnistunut
Nollaustoiminto katkaistaan ST-LINKistä poistamalla jumpperi J8.

Versiohistoria

Taulukko 6. Asiakirjan versiohistoria

Päivämäärä	Tarkistus	Muutokset
12. joulukuuta 20161	1	Alkuperäinen julkaisu.
23	2	Lisätty osio 4.2: Virran tunnistus sivulla 7.
27. helmikuuta 2018	3	Pienet muutokset koko asiakirjassa.
18. elokuuta 2021	4	Pieni mallin korjaus.

STMicroelectronics NV ja sen tytäryhtiöt ("ST") varaavat oikeuden tehdä muutoksia, korjauksia, parannuksia, muunnoksia ja parannuksia ST-tuotteisiin ja/tai tähän asiakirjaan milloin tahansa ilman erillistä ilmoitusta. Ostajien tulee saada viimeisimmät asiaankuuluvat tiedot ST-tuotteista ennen tilauksen tekemistä. ST-tuotteita myydään tilausvahvistushetkellä voimassa olevien ST:n myyntiehtojen mukaisesti. Ostajat ovat yksin vastuussa ST-tuotteiden valinnasta, valinnasta ja käytöstä, eikä ST ota vastuuta sovellusavusta tai ostajien tuotteiden suunnittelusta.

TÄRKEÄ HUOMAUTUS - LUE HUOLELLISESTI

ST ei myönnä tässä asiakirjassa mitään nimenomaista tai epäsuoraa lisenssiä millekään immateriaalioikeuksille.
ST-tuotteiden jälleenmyynti, jossa on poikkeavia ehtoja kuin tässä esitetyt tiedot, mitätöi kaikki ST:n kyseiselle tuotteelle myöntämät takuut.
ST ja ST-logo ovat ST:n tavaramerkkejä. Lisätietoja ST-tavaramerkeistä on osoitteessa www.st.com/trademarks. Kaikki muut tuotteiden tai palveluiden nimet ovat omistajiensa omaisuutta.
Tämän asiakirjan tiedot korvaavat ja korvaavat tämän asiakirjan aiemmissa versioissa aiemmin annetut tiedot.