life.augmented
UM2154
Brûkershânlieding
STEVE-SPIN3201: avansearre BLDC-controller mei ynbêde STM32 MCU-evaluaasjeboerd
Ynlieding
It STEVAL-SPIN3201-boerd is in 3-faze boarstelleaze DC-motorbestjoerderboerd basearre op 'e STSPIN32F0, in 3-faze controller mei in yntegreare STM32 MCU, en ymplementearret 3-shunt wjerstannen as hjoeddeistige lêstopology.
It biedt in maklik te brûken oplossing foar de evaluaasje fan it apparaat yn ferskate tapassingen lykas it hûsapparaat, fans, drones en elektryske ark.
It bestjoer is ûntworpen foar it sensored of sensorless fjildrjochte kontrôlealgoritme mei 3-shunt-sensing.
figuer 1. STEVE-SPIN3201 evaluaasje board
Hardware- en softwareeasken
It brûken fan it STEVAL-SPIN3201 evaluaasjeboerd fereasket de folgjende software en hardware:
- In Windows® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) om it softwarepakket te ynstallearjen
- In mini-B USB-kabel om it STEVAL-SPIN3201-boerd te ferbinen mei de PC
- De STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- In 3-faze borstelleaze DC-motor mei in kompatibele voltage en aktuele wurdearrings
- In eksterne DC Netzteil.
Te begjinnen
De maksimale wurdearrings fan it bestjoer binne de folgjende:
- Macht stage oanbod voltage (VS) fan 8 V oant 45 V
- Motorfasestrom oant 15 Arms
Om jo projekt te begjinnen mei it bestjoer:
Stap 1. Kontrolearje de jumperposysje neffens de doelkonfiguraasje (sjoch Seksje 4.3 Overstroomdeteksje
Stap 2. Ferbine de motor oan de connector J3 soargje foar de folchoarder fan de motor fazen.
Stap 3. Supply it bestjoer troch de ynfier 1 en 2 fan de connector J2. De DL1 (reade) LED sil oansette.
Stap 4. Untwikkelje jo applikaasje mei de STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Hardware beskriuwing en konfiguraasje
Stal 2. Main komponinten en Anschlüsse 'posysjes litte de posysje fan' e wichtichste komponinten en Anschlüsse op it bestjoer.
Stal 2. Main komponinten en Anschlüsse posysjes
Tabel 1. Hardware ynstelling jumpers jouwe de detaillearre pinout fan de Anschlüsse.
Tabel 1. Hardware ynstelling jumpers
| Jumper | Tastiene konfiguraasjes | Standert betingst |
| JP1 | Seleksje fan VREG ferbûn oan V motor | IEPEN |
| JP2 | Seleksje motor Netzteil ferbûn oan DC Netzteil | SLETTEN |
| JP3 | Seleksje Hall encoder oanbod oan USB (1) / VDD (3) stromforsyning | 1 – 2 GESLOTEN |
| JP4 | Seleksje weromsette fan ST-LINK (U4) | IEPEN |
| JP5 | Seleksje PA2 ferbûn mei Hall 3 | SLETTEN |
| JP6 | Seleksje PA1 ferbûn mei Hall 2 | SLETTEN |
| JP7 | Seleksje PA0 ferbûn mei Hall 1 | SLETTEN |
Tabel 2. Oare Anschlüsse, jumper, en testpunten beskriuwing
|
Namme |
Pin | Etiket |
Beskriuwing |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Motor macht oanbod |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Device Main Power Supply (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | 3-fase BLDC motor fazen ferbining |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Hall / encoder sensors Connector |
| 4 – 5 | J4 | Hall sensors / encoder oanbod | |
| J5 | – | J5 | USB-ynfier ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK Netzteil |
| 2 | CLK | SWCLK fan ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO fan ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | CART |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK weromsette |
| TP1 | – | GREG | 12 V voltage regulator útfier |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | FAASJE | Speed potentiometer útfier |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (útfier op-amp sin 1) |
| TP6 | – | V-BUS | VBus feedback |
| TP7 | – | OUT_U | Utfier U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (útfier op-amp sin 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (útfier op-amp sin 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Utfier V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Utfier W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Circuit beskriuwing
De STEVAL-SPIN3201 leveret in folsleine 3-shunt FOC-oplossing gearstald út in STSPIN32F0 - avansearre BLDC-controller mei in ynbêde STM32 MCU - en in trijefâldige heale-brêge-krêft stage mei de NMOS STD140N6F7.
De STSPIN32F0 genereart autonoom al it fereaske oanbod voltages: de ynterne DC / DC buck converter jout 3V3 en in ynterne lineêre tafersjochhâlder jout 12 V foar de poarte drivers.
De hjoeddeiske feedback sinjaal conditioning wurdt útfierd troch trije fan de operasjonele amplifiers ynbêde yn it apparaat en in ynterne comparator fiert overcurrent beskerming fan shunt wjerstannen.
Twa brûkersknoppen, twa LED's en in trimmer binne beskikber om ienfâldige brûkersynterfaces te ymplementearjen (bygelyks start / stopje fan 'e motor en ynstelle fan doelsnelheid).
It STEVAL-SPIN3201-boerd stipet de kwadratuur-encoder en digitale Hall-sensors as feedback fan motorposysje.
It bestjoer omfettet in ST-LINK-V2 wêrtroch de brûker firmware kin debuggen en downloade sûnder ekstra hardware-ark.
4.1 Hall / encoder motor snelheid sensor
De STEVAL-SPIN3201 evaluaasje board stipet de digitale Hall en kwadratuur encoder sensoren as motor posysje feedback.
De sensoren kinne wurde ferbûn mei de STSPIN32F0 fia de J4-ferbining is fermeld yn
tabel 3. Hall / encoder Connector (J4).
| Namme | Pin | Beskriuwing |
| Hall 1/A+ | 1 | Hall sensor 1 / encoder út A+ |
| Hall 2/B+ | 2 | Hall sensor 2 / encoder út B+ |
| Hall 3/Z+ | 3 | Hall sensor 3 / encoder nul feedback |
| VDD sensor | 4 | Sensor oanbod voltage |
| GND | 5 | Grûn |
In beskermingsrige wjerstân fan 1 kΩ wurdt monteard yn in rige mei sensor útgongen.
Foar sensoren dy't in eksterne pull-up nedich binne, binne trije 10 kΩ wjerstannen al monteard op 'e útfierlinen en ferbûn mei de VDD vol.tage. Op deselde rigels is ek in foetôfdruk foar pull-down wjerstannen beskikber.
De jumper JP3 selektearret de macht oanbod foar de sensor oanbod voltage:
- Jumper tusken de pin 1 - pin 2: Hall sensors oandreaun troch VUSB (5 V)
- Jumper tusken pin 1 - pin 2: Hall sensors oandreaun troch VDD (3.3 V)
De brûker kin sensorútgongen losmeitsje fan 'e MCU GPIO-iepeningsjumpers JP5, JP6 en JP7.
4.2 Aktuele sensing
Yn it STEVAL-SPIN3201-boerd wurdt de kondysjonearring fan it hjoeddeistige sinjaal útfierd troch trije fan 'e operasjonele amplifters ynbêde yn it STSPIN32F0-apparaat.
Yn in typyske FOC-applikaasje wurde de streamingen yn 'e trije heale brêgen waarnommen mei help fan in shuntwjerstân op' e boarne fan elke lege side-power switch. The sense voltage-sinjalen wurde levere oan in analoog-nei-digitale converter om de matrixberekkening út te fieren relatearre oan in bepaalde kontrôletechnyk. Dy sin sinjalen wurde meastal ferskood en ampbefestige troch tawijd op-amps om it folsleine berik fan 'e ADC te eksploitearjen (ferwize nei figuer 3. Aktueel sensingskema ex.ample).
figuer 3. Aktuele sensing skema example
De sinjalen moatte wurde ferskood en sintraal op VDD/2 voltage (sawat 1.65 V) en ampwer liifisearre dy't de oerienkomst leveret tusken de maksimale wearde fan it waarnommen sinjaal en it folsleine skaalberik fan 'e ADC.
De voltage ferskowing stage yntrodusearret attenuation (1 / Gp) fan it feedback sinjaal dat, tegearre mei de winst fan de net-omkearjende konfiguraasje (Gn, fêststeld troch Rn en Rf), draacht by oan de totale winst (G). Lykas al neamd, is it doel om it algemien fêst te stellen amplification netwurk winst (G) sadat de voltage op 'e shuntwjerstân dy't oerienkomt mei de maksimale motor tastiene stroom (ISmax pykwearde fan motor nominale stroom) past by it berik fan voltages lêsber troch de ADC.
Noat dat, ien kear G is fêst, it is better om te konfigurearjen it troch ferleegjen fan de earste attenuation 1 / Gp safolle mooglik en, dêrom de winst Gn. Dit is wichtich net allinich om it sinjaal te maksimalisearjen troch de lûdferhâlding, mar ek om it effekt fan 'e op-amp yntrinsike offset op 'e útfier (evenredich mei Gn).
De winst en de polarisaasje voltage (VOPout, pol) bepale it operative berik fan 'e hjoeddeistige sensing circuits:
Wêr:
- IS- = maksimale boarne stroom
- IS+ = maksimale sinke stroom dy't kin wurde waarnommen troch it circuit.
Tabel 4. STEVE-SPIN3201 op-amps polarisaasje netwurk
|
Parameter |
Part referinsje | 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 Overcurrent detection
It STEVAL-SPIN3201 evaluaasjeboerd ymplementearret oerstreambeskerming basearre op de STSPIN32F0 yntegreare OC-fergeliker. Shuntwjerstannen mjitte de ladingstrom fan elke faze. De wjerstannen R50, R51, en R52 bringe de voltage sinjalen assosjearre mei eltse load hjoeddeistige oan de OC_COMP pin. As de peakstream dy't yn ien fan 'e trije fazen streamt de selekteare drompel grutter wurdt, wurdt de yntegreare komparator útskeakele en wurde alle hege side-krêftswitches útskeakele. High-side macht switches wurde ynskeakele wer as de hjoeddeiske falt ûnder de drompel, dus ymplemintearje overcurrent beskerming.
Aktuele drompels foar it STEVAL-SPIN3201 evaluaasjeboerd wurde neamd yn
Tabel 5. Overcurrent drompels.
| PF6 | PF7 | Ynterne komp. drompel | OC drompel |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Dizze drompels kinne wurde wizige troch it feroarjen fan de R43 bias wjerstân. It is oan te rieden om te kiezen R43 heger as 30 kΩ. Om de wearde fan 'e R43 te berekkenjen foar in doelstroomlimyt IOC, kin de folgjende formule brûkt wurde:
wêr't OC_COMPth de voltage drompel fan 'e ynterne fergeliker (selekteare troch de PF6 en PF7), en VDD is it 3.3 V digitale oanbodvol.tage levere troch de ynterne DCDC buck converter.
Troch de R43 te ferwiderjen, wurdt de hjoeddeistige drompelformule as folget ferienfâldige:
4.4 Bus voltage circuit
It evaluaasjeboerd STEVAL-SPIN3201 leveret de bus voltage gefoel. Dit sinjaal wurdt stjoerd troch in voltage divider út de motor oanbod voltage (VBUS) (R10 en R16) en stjoerd nei de PB1 GPIO (kanaal 9 fan 'e ADC) fan' e ynbêde MCU. It sinjaal is ek beskikber op de TP6.
4.5 Hardware brûkersynterface
It boerd omfettet de folgjende hardware-brûkersynterface-items:
- Potentiometer R6: stelt de doelsnelheid yn, bygelyksample
- Switch SW1: reset STSPIN32F0 MCU en ST-LINK V2
- Switch SW2: brûker knop 1
- Switch SW3: brûker knop 2
- LED DL3: brûker LED 1 (giet ek oan as brûker 1 knop wurdt yndrukt)
- LED DL4: brûker LED 2 (giet ek oan as brûker 2 knoppen wurde yndrukt)
4.6 Debug
De STEVAL-SPIN3201 evaluaasje board ynbêde in ST-LINK / V2-1 debugger / programmer. De funksjes stipe op 'e ST-LINK binne:
- USB software re-enumeration
- Firtuele com-poarte-ynterface op USB ferbûn mei PB6/PB7-pins fan 'e STSPIN32F0 (UART1)
- Massa opslach ynterface op USB
De stroomfoarsjenning foar de ST-LINK wurdt levere troch de host-pc fia de USB-kabel ferbûn oan de J5.
De LED LD2 jout ST-LINK kommunikaasjestatus ynformaasje: - Reade LED knippert stadich: by macht-on foar USB inisjalisaasje
- Reade LED knippert fluch: folgjende earste korrekte kommunikaasje tusken de PC en ST-LINK/V2-1 (enumeraasje)
- Reade LED ON: inisjalisaasje tusken de PC en ST-LINK/V2-1 is foltôge
- Griene LED ON: suksesfolle inisjalisaasje fan doelkommunikaasje
- Reade / griene LED knippert: tidens kommunikaasje mei it doel
- Grien ON: kommunikaasje klear en suksesfol
De resetfunksje wurdt loskeppele fan 'e ST-LINK troch de jumper J8 te ferwiderjen.
Revision skiednis
Tabel 6. Document revyzje skiednis
| Datum | Revyzje | Feroarings |
| 12-Des-20161 | 1 | Inisjele release. |
| 23-Nov-2017 | 2 | Seksje 4.2 tafoege: Aktuele sensing op side 7. |
| 27 febrewaris 2018 | 3 | Lytse wizigings yn it hiele dokumint. |
| 18-aug-2021 | 4 | Minor template korreksje. |
STMicroelectronics NV en har dochterûndernimmingen ("ST") behâlde it rjocht foar om feroarings, korreksjes, ferbetterings, oanpassings en ferbetterings oan ST-produkten en / of oan dit dokumint op elk momint sûnder notice te meitsjen. Keapers moatte de lêste relevante ynformaasje krije oer ST-produkten foardat se oarders pleatse. ST-produkten wurde ferkocht yn oerienstimming mei ST's ferkeapbetingsten en -betingsten yn plak op it momint fan bestellingserkenning. Keapers binne allinich ferantwurdlik foar de kar, seleksje en gebrûk fan ST-produkten en ST nimt gjin oanspraaklikens oan foar help by oanfraach of it ûntwerp fan produkten fan keapers.
WICHTICH OPMERKING - LLES WEG SURFOL
Gjin lisinsje, útdruklik of ymplisearre, foar in yntellektueel eigendomsrjocht wurdt hjiryn ferliend troch ST.
Wederferkeap fan ST-produkten mei bepalingen dy't ferskille fan 'e ynformaasje dy't hjiryn oanjûn binne, sil gjin garânsje ferliend troch ST foar sa'n produkt ûnjildich meitsje.
ST en it ST-logo binne hannelsmerken fan ST. Foar oanfoljende ynformaasje oer ST hannelsmerken, nim dan ferwize nei www.st.com/trademarks. Alle oare nammen fan produkten of tsjinsten binne it eigendom fan har respektive eigners.
Ynformaasje yn dit dokumint ferfangt en ferfangt ynformaasje earder levere yn alle eardere ferzjes fan dit dokumint.
© 2021 STMicroelectronics - Alle rjochten foarbehâlden
Dokuminten / Resources
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Avansearre BLDC Controller mei ynbêde STM32 MCU Evaluaasje Board [pdf] Brûkershânlieding UM2154, STEVAL-SPIN3201 Avansearre BLDC Controller mei ynbêde STM32 MCU Evaluaasje Board |
