vida.augurado
UM2154
Manual de usuario
STEVE-SPIN3201: controlador BLDC avanzado con placa de evaluación STM32 MCU integrada
Introdución
A placa STEVAL-SPIN3201 é unha placa de controlador de motor CC sen escobillas trifásica baseada no STSPIN3F32, un controlador trifásico cunha MCU STM0 integrada e implementa resistencias de derivación de 3 como topoloxía de lectura actual.
Ofrece unha solución fácil de usar para a avaliación do dispositivo en diferentes aplicacións como electrodomésticos, ventiladores, drons e ferramentas eléctricas.
A placa está deseñada para o algoritmo de control orientado ao campo sensorado ou sen sensor con detección de 3 derivacións.
Figura 1. Taboleiro de avaliación STEVE-SPIN3201
Requisitos de hardware e software
O uso da tarxeta de avaliación STEVAL-SPIN3201 require o seguinte software e hardware:
- Un PC con Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) para instalar o paquete de software
- Un cable USB mini-B para conectar a placa STEVAL-SPIN3201 ao PC
- Kit de desenvolvemento de software de control de motor STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Un motor de CC sen escobillas trifásico cun voltage e clasificacións actuais
- Unha fonte de alimentación de CC externa.
Comezando
As cualificacións máximas do consello son as seguintes:
- Potencia stage oferta voltage (VS) de 8 V a 45 V
- Corrente de fase do motor ata 15 Arms
Para comezar o teu proxecto co taboleiro:
Paso 1. Comprobe a posición do puente segundo a configuración de destino (consulte a sección 4.3 Detección de sobreintensidade
Paso 2. Conectar o motor ao conector J3 coidando a secuencia das fases do motor.
Paso 3. Alimentar a placa a través das entradas 1 e 2 do conector J2. O LED DL1 (vermello) acenderase.
Paso 4. Desenvolve a túa aplicación usando o kit de desenvolvemento de software de control de motor STM32 Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Descrición e configuración do hardware
Figura 2. As posicións dos compoñentes e conectores principais mostran a posición dos compoñentes e conectores principais na placa.
Figura 2. Principais compoñentes e posicións dos conectores
Táboa 1. Os jumpers de configuración de hardware proporcionan o pinout detallado dos conectores.
Táboa 1. Puentes de configuración de hardware
| Jumper | Configuracións permitidas | Condición predeterminada |
| JP1 | Selección do VREG conectado ao motor V | ABERTO |
| JP2 | Fonte de alimentación do motor de selección conectada á fonte de alimentación de CC | PECHADO |
| JP3 | Alimentación do codificador de Selection Hall á fonte de alimentación USB (1)/VDD (3). | 1 – 2 PECHADO |
| JP4 | Restablecemento da selección de ST-LINK (U4) | ABERTO |
| JP5 | Selección PA2 conectada ao pabellón 3 | PECHADO |
| JP6 | Selección PA1 conectada ao pabellón 2 | PECHADO |
| JP7 | Selección PA0 conectada ao pabellón 1 | PECHADO |
Táboa 2. Descrición doutros conectores, puentes e puntos de proba
|
Nome |
Pin | Etiqueta |
Descrición |
| J1 | 1 - 2 | J1 | Alimentación do motor |
| J2 | 1 - 2 | J2 | Fonte de alimentación principal do dispositivo (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | Conexión de fases de motor BLDC trifásico |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Conector de sensores Hall/encoder |
| 4 - 5 | J4 | Alimentación de sensores Hall/codificador | |
| J5 | – | J5 | Entrada USB ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Fuente de alimentación ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK de ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO de ST-LINK | |
| J7 | 1 - 2 | J7 | CARRITO |
| J8 | 1 - 2 | J8 | Restablecer ST-LINK |
| TP1 | – | GREG | 12 V voltage saída do regulador |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | VELOCIDADE | Saída do potenciómetro de velocidade |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (opcional de saídaamp sentido 1) |
| TP6 | – | V-BUS | Comentarios VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Saída U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (opcional de saídaamp sentido 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (opcional de saídaamp sentido 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Saída V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Saída W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | E/S | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Descrición do circuíto
O STEVAL-SPIN3201 ofrece unha solución FOC completa de 3 derivacións composta por un STSPIN32F0 (controlador BLDC avanzado cunha MCU STM32 integrada) e unha potencia triple de media ponte.tage co NMOS STD140N6F7.
O STSPIN32F0 xera de forma autónoma toda a subministración necesariatages: o conversor interno DC/DC Buck proporciona 3V3 e un regulador lineal interno proporciona 12 V para os controladores de porta.
O acondicionamento do sinal de retroalimentación actual realízase a través de tres das operativas amplificadores integrados no dispositivo e un comparador interno realiza a protección contra sobreintensidade de resistencias en derivación.
Dous botóns de usuario, dous LED e un recortador están dispoñibles para implementar interfaces de usuario sinxelas (por exemplo, arrancar/parar o motor e configurar a velocidade de destino).
A placa STEVAL-SPIN3201 admite o codificador de cuadratura e os sensores Hall dixitais como realimentación da posición do motor.
A placa inclúe un ST-LINK-V2 que permite ao usuario depurar e descargar firmware sen ningunha ferramenta de hardware adicional.
4.1 Sensor de velocidade do motor Hall/codificador
A placa de avaliación STEVAL-SPIN3201 admite os sensores dixitais Hall e codificador de cuadratura como realimentación da posición do motor.
Os sensores pódense conectar ao STSPIN32F0 a través do conector J4 que se indica
Táboa 3. Conector Hall/codificador (J4).
| Nome | Pin | Descrición |
| Pabellón 1/A+ | 1 | Sensor Hall 1/saída de codificador A+ |
| Hall 2/B+ | 2 | Sensor Hall 2/saída de codificador B+ |
| Salón 3/Z+ | 3 | Sensor Hall 3/codificador de retroalimentación cero |
| Sensor VDD | 4 | Alimentación sensor voltage |
| GND | 5 | Terra |
Un resistor en serie de protección de 1 kΩ está montado en serie con saídas de sensor.
Para sensores que requiren un pull-up externo, tres resistencias de 10 kΩ xa están montadas nas liñas de saída e conectadas ao VDD vol.tage. Nas mesmas liñas, tamén está dispoñible unha pegada para resistencias pull-down.
O puente JP3 selecciona a fonte de alimentación para a alimentación do sensor voltage:
- Puente entre o pin 1 - pin 2: sensores Hall alimentados por VUSB (5 V)
- Puente entre o pin 1 - pin 2: sensores Hall alimentados por VDD (3.3 V)
O usuario pode desconectar as saídas dos sensores dos jumpers de apertura do MCU GPIO JP5, JP6 e JP7.
4.2 Detección de corrente
Na placa STEVAL-SPIN3201, o acondicionamento do sinal de detección de corrente realízase a través de tres dos amplificadores integrados no dispositivo STSPIN32F0.
Nunha aplicación FOC típica, as correntes nas tres medias pontes son detectadas mediante unha resistencia de derivación na fonte de cada interruptor de potencia do lado baixo. O sentido voltagOs sinais son proporcionados a un conversor analóxico a dixital para realizar o cálculo matricial relacionado cunha determinada técnica de control. Eses sinais sensoriais adoitan desplazarse e amporganizado por op-amps para explotar todo o rango do ADC (consulte a Figura 3. Esquema de detección actual, pample).
Figura 3. Esquema de detección de corrente example
Os sinais sensoriais teñen que ser desprazados e centrados en VDD/2 voltage (uns 1.65 V) e amplified de novo que proporciona a correspondencia entre o valor máximo do sinal detectado e o rango de escala total do ADC.
O voltage desprazamento stage introduce atenuación (1/Gp) do sinal de realimentación que, xunto coa ganancia da configuración non inversora (Gn, fixada por Rn e Rf), contribúe á ganancia global (G). Como xa se mencionou, o obxectivo é establecer o conxunto ampganancia da rede de lificación (G) para que o voltage na resistencia de derivación correspondente á corrente máxima permitida do motor (valor máximo ISmáx da corrente nominal do motor) encaixa no rango de vol.tagé lexible polo ADC.
Nota que, unha vez fixado G, é mellor configuralo baixando o máximo posible a atenuación inicial 1/Gp e, polo tanto, a ganancia Gn. Isto é importante non só para maximizar o sinal pola relación de ruído senón tamén para reducir o efecto doamp compensación intrínseca na saída (proporcional a Gn).
A ganancia e a polarización voltage (VOPout, pol) determina o rango operativo do circuíto de detección de corrente:
Onde:
- IS- = corrente máxima de orixe
- IS+ = corrente absorbida máxima que pode ser detectada polo circuíto.
Táboa 4. STEVE-SPIN3201 op-amps rede de polarización
|
Parámetro |
Referencia de 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 Detección de sobreintensidade
A tarxeta de avaliación STEVAL-SPIN3201 implementa protección contra sobrecorriente baseada no comparador OC integrado STSPIN32F0. As resistencias de derivación miden a corrente de carga de cada fase. As resistencias R50, R51 e R52 traen o voltage os sinais asociados con cada corrente de carga ao pin OC_COMP. Cando o pico de corrente que flúe nunha das tres fases supera o limiar seleccionado, o comparador integrado desenvólvese e todos os interruptores de potencia do lado alto están desactivados. Os interruptores de alimentación do lado alto volven habilitar cando a corrente cae por debaixo do limiar, implementando así a protección contra sobreintensidade.
Os limiares actuais para o consello de avaliación STEVAL-SPIN3201 están enumerados en
Táboa 5. Limiares de sobreintensidade.
| PF6 | PF7 | Composición interna límite | Limiar OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Estes limiares pódense modificar cambiando a resistencia de polarización R43. Recoméndase escoller R43 superior a 30 kΩ. Para calcular o valor do R43 para un límite de corrente obxectivo IOC, pódese utilizar a seguinte fórmula:
onde OC_COMPth é o voltagO limiar do comparador interno (seleccionado polo PF6 e PF7) e VDD é o vol de subministración dixital de 3.3 Vtage proporcionado polo conversor interno DCDC buck.
Eliminando o R43, a fórmula do limiar actual simplifícase do seguinte xeito:
4.4 Bus voltagcircuíto e
O consello de avaliación STEVAL-SPIN3201 proporciona o bus voltage sensación. Este sinal envíase a través dun voltage separador da alimentación do motor voltage (VBUS) (R10 e R16) e enviado ao GPIO PB1 (canle 9 do ADC) do MCU integrado. O sinal tamén está dispoñible no TP6.
4.5 Interface de usuario de hardware
A placa inclúe os seguintes elementos de interface de usuario de hardware:
- Potenciómetro R6: establece a velocidade de destino, por exemploample
- Switch SW1: restablece STSPIN32F0 MCU e ST-LINK V2
- Interruptor SW2: botón de usuario 1
- Interruptor SW3: botón de usuario 2
- LED DL3: LED do usuario 1 (tamén se acende cando se preme o botón do usuario 1)
- LED DL4: LED do usuario 2 (tamén se acende cando se preme os botóns do usuario 2)
4.6 Depuración
A placa de avaliación STEVAL-SPIN3201 incorpora un depurador/programador ST-LINK/V2-1. As funcións admitidas no ST-LINK son:
- Reenumeración de software USB
- Interface de porto de comunicación virtual en USB conectado aos pinos PB6/PB7 do STSPIN32F0 (UART1)
- Interface de almacenamento masivo en USB
A fonte de alimentación do ST-LINK é proporcionada polo ordenador host a través do cable USB conectado ao J5.
O LED LD2 proporciona información de estado da comunicación ST-LINK: - LED vermella parpadeando lentamente: ao acender antes da inicialización USB
- LED vermello parpadeando rapidamente: despois da primeira comunicación correcta entre o PC e ST-LINK/V2-1 (enumeración)
- LED vermello ON: a inicialización entre o PC e ST-LINK/V2-1 está completa
- LED verde ON: inicialización exitosa da comunicación de destino
- LED vermello/verde intermitente: durante a comunicación co obxectivo
- Verde ON: comunicación finalizada e exitosa
A función de reinicio desconéctase do ST-LINK eliminando o puente J8.
Historial de revisións
Táboa 6. Historial de revisións de documentos
| Data | Revisión | Cambios |
| 12-Dec-20161 | 1 | Lanzamento inicial. |
| 23-novembro-2017 | 2 | Engadida a Sección 4.2: Detección de corrente na páxina 7. |
| 27-Feb-2018 | 3 | Pequenas modificacións ao longo do documento. |
| 18-Ago-2021 | 4 | Corrección de modelo menor. |
STMicroelectronics NV e as súas subsidiarias (“ST”) resérvanse o dereito de realizar cambios, correccións, melloras, modificacións e melloras nos produtos ST e/ou neste documento en calquera momento sen previo aviso. Os compradores deben obter a información relevante máis recente sobre produtos ST antes de facer pedidos. Os produtos ST véndense de acordo cos termos e condicións de venda de ST existentes no momento do recoñecemento da orde. Os compradores son os únicos responsables da elección, selección e uso dos produtos ST e ST non asume ningunha responsabilidade pola asistencia á aplicación ou o deseño dos produtos dos compradores.
AVISO IMPORTANTE: LÉ ATENTAMENTE
ST non concede ningunha licenza, expresa ou implícita, a ningún dereito de propiedade intelectual.
A revenda de produtos ST con disposicións diferentes da información aquí establecida anulará calquera garantía concedida por ST para tal produto.
ST e o logotipo de ST son marcas comerciais de ST. Para obter información adicional sobre as marcas rexistradas ST, consulte www.st.com/trademarks. Todos os outros nomes de produtos ou servizos son propiedade dos seus respectivos propietarios.
A información deste documento substitúe e substitúe a información proporcionada anteriormente en calquera versión anterior deste documento.
© 2021 STMicroelectronics – Todos os dereitos reservados
Documentos/Recursos
 |
Controlador BLDC avanzado ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 con placa de evaluación MCU STM32 integrada [pdfManual do usuario UM2154, STEVAL-SPIN3201 Controlador BLDC avanzado con placa de avaliación STM32 MCU integrada |
