UM2154 STEVAL-SPIN3201 एंबेडेड STM32 MCU मूल्यांकन बोर्ड उपयोगकर्ता मैनुअल के साथ उन्नत BLDC नियंत्रक

जीवन। उद्घाटन
UM2154

उपयोगकर्ता पुस्तिका

स्टीव-स्पिन3201: एम्बेडेड STM32 MCU मूल्यांकन बोर्ड के साथ उन्नत BLDC नियंत्रक

अंतर्वस्तु छिपाना

1 परिचय

2 हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर आवश्यकताएँ

3 शुरू करना

4 हार्डवेयर विवरण और विन्यास

परिचय

STEVAL-SPIN3201 बोर्ड एक 3-फेज ब्रशलेस DC मोटर ड्राइवर बोर्ड है, जो STSPIN32F0 पर आधारित है, यह एक एकीकृत STM3 MCU के साथ एक 32-फेज नियंत्रक है, तथा धारा पठन टोपोलॉजी के रूप में 3-शंट प्रतिरोधकों को क्रियान्वित करता है।
यह घरेलू उपकरण, पंखे, ड्रोन और बिजली उपकरणों जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में डिवाइस के मूल्यांकन के लिए उपयोग में आसान समाधान प्रदान करता है।
बोर्ड को 3-शंट सेंसिंग के साथ सेंसरयुक्त या सेंसररहित क्षेत्र-उन्मुख नियंत्रण एल्गोरिथम के लिए डिज़ाइन किया गया है।

चित्र 1. स्टीव-स्पिन3201 मूल्यांकन बोर्ड

हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर आवश्यकताएँ

STEVAL-SPIN3201 मूल्यांकन बोर्ड का उपयोग करने के लिए निम्नलिखित सॉफ़्टवेयर और हार्डवेयर की आवश्यकता होती है:

सॉफ़्टवेयर पैकेज स्थापित करने के लिए Windows ® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10)
STEVAL-SPIN3201 बोर्ड को PC से कनेक्ट करने के लिए एक मिनी-B USB केबल

STM32 मोटर नियंत्रण सॉफ्टवेयर विकास किट Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
एक संगत वॉल्यूम के साथ एक 3-चरण ब्रशलेस डीसी मोटरtagई और वर्तमान रेटिंग

एक बाहरी डीसी बिजली की आपूर्ति.

शुरू करना

बोर्ड की अधिकतम रेटिंग निम्नलिखित हैं:

पॉवर एसtagई आपूर्ति वॉल्यूमtagई (वीएस) 8 वी से 45 वी तक
मोटर चरण धारा 15 आर्म्स तक

बोर्ड के साथ अपना प्रोजेक्ट शुरू करने के लिए:

कदम 1. लक्ष्य कॉन्फ़िगरेशन के अनुसार जम्पर स्थिति की जाँच करें (अनुभाग 4.3 ओवरकरंट का पता लगाना देखें)
कदम 2. मोटर चरणों के अनुक्रम का ध्यान रखते हुए मोटर को कनेक्टर J3 से कनेक्ट करें।
कदम 3. कनेक्टर J1 के इनपुट 2 और 2 के माध्यम से बोर्ड को आपूर्ति करें। DL1 (लाल) एलईडी चालू हो जाएगी।
कदम 4. STM32 मोटर कंट्रोल सॉफ्टवेयर डेवलपमेंट किट Rev Y का उपयोग करके अपना एप्लिकेशन विकसित करें (एक्स-CUBEMCSDK-Y).

हार्डवेयर विवरण और विन्यास

आकृति 2. मुख्य घटकों और कनेक्टर्स की स्थिति बोर्ड पर मुख्य घटकों और कनेक्टर्स की स्थिति दिखाती है।
आकृति 2. मुख्य घटकों और कनेक्टर्स की स्थिति

तालिका 1. हार्डवेयर सेटिंग जंपर्स कनेक्टर्स का विस्तृत पिनआउट प्रदान करते हैं।
तालिका 1. हार्डवेयर सेटिंग जंपर्स

उछलनेवाला	अनुमत विन्यास	डिफ़ॉल्ट स्थिति
जेपी1	वी मोटर से जुड़े वीआरईजी का चयन	खुला
जेपी2	डीसी बिजली की आपूर्ति से जुड़ी चयन मोटर बिजली की आपूर्ति	बंद किया हुआ
जेपी3	चयन हॉल एनकोडर आपूर्ति USB (1) / VDD (3) बिजली की आपूर्ति	1 - 2 बंद
जेपी4	एसटी-लिंक (यू 4) का चयन रीसेट	खुला
जेपी5	चयन PA2 हॉल 3 से जुड़ा हुआ है	बंद किया हुआ
जेपी6	चयन PA1 हॉल 2 से जुड़ा हुआ है	बंद किया हुआ
जेपी7	चयन PA0 हॉल 1 से जुड़ा हुआ है	बंद किया हुआ

तालिका 2. अन्य कनेक्टर, जम्पर और परीक्षण बिंदु विवरण

नाम	नत्थी करना	लेबल	विवरण
J1	1 – 2	J1	मोटर बिजली की आपूर्ति
J2	1 – 2	J2	डिवाइस मुख्य बिजली की आपूर्ति (वीएम)
J3	1 – 2 – 3	यू, वी, डब्ल्यू	3-चरण BLDC मोटर चरण कनेक्शन
J4	1 – 2 – 3	J4	हॉल/एनकोडर सेंसर कनेक्टर
J4	4 – 5	J4	हॉल सेंसर/एनकोडर आपूर्ति
J5	–	J5	यूएसबी इनपुट एसटी-लिंक
J6	1	3वी3	एसटी-लिंक बिजली आपूर्ति
	2	सीएलके	ST-LINK का SWCLK
	3	जीएनडी	जीएनडी
	4	डियो	ST-LINK का SWDIO
J7	1 – 2	J7	कार्ट
J8	1 – 2	J8	एसटी-लिंक रीसेट
टीपी1	–	ग्रेग	12 वी वॉल्यूमtagई नियामक आउटपुट
टीपी2	–	जीएनडी	जीएनडी
टीपी3	–	वीडीडी	वीडीडी
टीपी4	–	रफ़्तार	स्पीड पोटेंशियोमीटर आउटपुट
टीपी5	–	पीए3	PA3 GPIO (आउटपुट ऑप-amp भाव 1)
टीपी6	–	वीबीयूएस	VBus प्रतिक्रिया
टीपी7	–	OUT_U	आउटपुट यू
टीपी8	–	पीए4	PA4 GPIO (आउटपुट ऑप-amp भाव 2)
टीपी9	–	पीए5	PA5 GPIO (आउटपुट ऑप-amp भाव 3)
टीपी10	–	जीएनडी	जीएनडी
टीपी11	–	OUT_V	आउटपुट वी
टीपी12	–	पीए7	PA7_3FG
टीपी13	–	OUT_W	आउटपुट डब्ल्यू
टीपी14	–	3वी3	3वी3 एसटी-लिंक
टीपी15	–	5V	यूएसबी वॉल्यूमtage
टीपी16	–	आई/ओ	एसडब्ल्यूडी_आईओ
टीपी17	–	सीएलके	एसडब्ल्यूडी_सीएलके

सर्किट विवरण

STEVAL-SPIN3201 एक पूर्ण 3-शंट FOC समाधान प्रदान करता है जो STSPIN32F0 - एक एम्बेडेड STM32 MCU के साथ उन्नत BLDC नियंत्रक - और एक ट्रिपल हाफ-ब्रिज पावर स्रोत से बना है।tagई NMOS STD140N6F7 के साथ।
STSPIN32F0 स्वचालित रूप से सभी आवश्यक आपूर्ति मात्रा उत्पन्न करता हैtagआंतरिक डीसी/डीसी बक कनवर्टर 3V3 प्रदान करता है और आंतरिक रैखिक नियामक गेट ड्राइवरों के लिए 12 V प्रदान करता है।
वर्तमान फीडबैक सिग्नल कंडीशनिंग तीन परिचालन के माध्यम से किया जाता है ampडिवाइस में एक आंतरिक तुलनित्र लगा होता है जो शंट प्रतिरोधकों से अतिधारा की सुरक्षा करता है।
सरल उपयोगकर्ता इंटरफेस (जैसे, मोटर को चालू/बंद करना और लक्ष्य गति निर्धारित करना) को क्रियान्वित करने के लिए दो उपयोगकर्ता बटन, दो एल.ई.डी. और एक ट्रिमर उपलब्ध हैं।
STEVAL-SPIN3201 बोर्ड मोटर स्थिति फीडबैक के रूप में क्वाडरेचर एनकोडर और डिजिटल हॉल सेंसर का समर्थन करता है।
बोर्ड में ST-LINK-V2 शामिल है जो उपयोगकर्ता को बिना किसी अतिरिक्त हार्डवेयर उपकरण के फर्मवेयर को डिबग और डाउनलोड करने की सुविधा देता है।

4.1 हॉल/एनकोडर मोटर स्पीड सेंसर
STEVAL-SPIN3201 मूल्यांकन बोर्ड मोटर स्थिति प्रतिक्रिया के रूप में डिजिटल हॉल और क्वाडरेचर एन्कोडर सेंसर का समर्थन करता है।
सेंसर को STSPIN32F0 से J4 कनेक्टर के माध्यम से जोड़ा जा सकता है जो नीचे सूचीबद्ध है

तालिका 3. हॉल/एनकोडर कनेक्टर (J4).

नाम	नत्थी करना	विवरण
हॉल1/ए+	1	हॉल सेंसर 1/एन्कोडर आउट ए+
हॉल2/बी+	2	हॉल सेंसर 2/एनकोडर आउट बी+
हॉल3/जेड+	3	हॉल सेंसर 3/एनकोडर शून्य प्रतिक्रिया
वीडीडी सेंसर	4	सेंसर आपूर्ति वॉल्यूमtage
जीएनडी	5	मैदान

1 k का एक सुरक्षा श्रेणी प्रतिरोधकΩ सेंसर आउटपुट के साथ एक श्रृंखला में माउंट किया गया है।
बाहरी पुल-अप की आवश्यकता वाले सेंसर के लिए, तीन 10 kΩ प्रतिरोधक पहले से ही आउटपुट लाइनों पर लगे होते हैं और VDD वॉल्यूम से जुड़े होते हैंtagइ। उसी तर्ज पर, पुल-डाउन प्रतिरोधों के लिए एक पदचिह्न भी उपलब्ध है।

जम्पर JP3 सेंसर आपूर्ति वॉल्यूम के लिए बिजली की आपूर्ति का चयन करता हैtage:

पिन 1 – पिन 2 के बीच जम्पर: VUSB (5 V) द्वारा संचालित हॉल सेंसर

पिन 1 – पिन 2 के बीच जम्पर: VDD (3.3 V) द्वारा संचालित हॉल सेंसर
उपयोगकर्ता MCU GPIO ओपनिंग जंपर्स JP5, JP6, और JP7 से सेंसर आउटपुट को डिस्कनेक्ट कर सकता है।

4.2 करंट सेंसिंग

STEVAL-SPIN3201 बोर्ड में, वर्तमान संवेदन संकेत कंडीशनिंग तीन परिचालन के माध्यम से किया जाता है ampSTSPIN32F0 डिवाइस में एम्बेडेड लाईफायर्स।
एक विशिष्ट FOC अनुप्रयोग में, तीन अर्ध-पुलों में धाराओं को प्रत्येक निम्न पक्ष पावर स्विच के स्रोत पर एक शंट प्रतिरोधक का उपयोग करके संवेदित किया जाता है।tagएक निश्चित नियंत्रण तकनीक से संबंधित मैट्रिक्स गणना करने के लिए एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर को सिग्नल प्रदान किए जाते हैं। वे सेंस सिग्नल आमतौर पर शिफ्ट किए जाते हैं और ampसमर्पित ऑप्स द्वारा समर्थितampएडीसी की पूरी रेंज का फायदा उठाने के लिए (चित्र 3 देखें। वर्तमान संवेदन योजना एक्सampले).

चित्र 3. वर्तमान संवेदन योजना उदाहरणample

सेंस सिग्नल को स्थानांतरित करना होगा और VDD/2 वॉल्यूम पर केंद्रित करना होगाtagई (लगभग 1.65 वी) और ampपुनः संशोधित किया गया है जो संवेदित संकेत के अधिकतम मान और ADC की पूर्ण-पैमाने की सीमा के बीच मिलान प्रदान करता है।
वॉल्यूमtagई शिफ्टिंग एसtagई फीडबैक सिग्नल में क्षीणन (1/Gp) लाता है जो नॉन-इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन (Gn, Rn और Rf द्वारा तय) के लाभ के साथ मिलकर समग्र लाभ (G) में योगदान देता है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, लक्ष्य समग्र लाभ स्थापित करना है ampनेटवर्क लाभ (जी) ताकि वॉल्यूमtagशंट प्रतिरोधक पर e अधिकतम मोटर अनुमत धारा (मोटर रेटेड धारा का ISmax शिखर मान) के अनुरूप है, जो वॉल्यूम की सीमा में फिट बैठता हैtagएडीसी द्वारा पठनीय है।

टिप्पणी एक बार G तय हो जाने के बाद, इसे प्रारंभिक क्षीणन 1/Gp को जितना संभव हो उतना कम करके कॉन्फ़िगर करना बेहतर होता है और इसलिए लाभ Gn। यह न केवल शोर अनुपात द्वारा सिग्नल को अधिकतम करने के लिए महत्वपूर्ण है, बल्कि ऑप- के प्रभाव को कम करने के लिए भी महत्वपूर्ण है।amp आउटपुट पर आंतरिक ऑफसेट (Gn के समानुपातिक)।

लाभ और ध्रुवीकरण वॉल्यूमtage (VOPout, pol) वर्तमान संवेदन सर्किटरी की ऑपरेटिव रेंज निर्धारित करता है:

कहाँ:

IS- = अधिकतम स्रोत धारा
IS+ = अधिकतम अवरोही धारा जिसे सर्किटरी द्वारा महसूस किया जा सकता है।

तालिका 4. स्टीव-स्पिन3201 ऑप-ampएस ध्रुवीकरण नेटवर्क

पैरामीटर	भाग संदर्भ	रेव. 1	रेव. 3
Rp	आर 14, आर 24, आर 33	560 Ω	1.78 k XNUMX
Ra	आर 12, आर 20, आर 29	8.2 k XNUMX	27.4 k XNUMX
Rb	आर 15, आर 25, आर 34	560 Ω	27.4 k XNUMX
Rn	आर 13, आर 21, आर 30	1 k XNUMX	1.78 k XNUMX
Rf	आर 9, आर 19, आर 28	15 k XNUMX	13.7 k XNUMX
Cf	सी15, सी19, सी20	100 पीएफ	समुद्री मील दूर
G	–	7.74	7.70
VOPout, पोल	–	1.74 वी	1.65 वी

4.3 अतिधारा का पता लगाना

STEVAL-SPIN3201 मूल्यांकन बोर्ड STSPIN32F0 एकीकृत OC तुलनित्र के आधार पर ओवरकरंट सुरक्षा लागू करता है। शंट प्रतिरोधक प्रत्येक चरण के लोड करंट को मापते हैं। प्रतिरोधक R50, R51, और R52 वॉल्यूम लाते हैंtagप्रत्येक लोड करंट से जुड़े सिग्नल OC_COMP पिन को भेजे जाते हैं। जब तीन चरणों में से किसी एक में प्रवाहित होने वाला पीक करंट चयनित सीमा से अधिक हो जाता है, तो एकीकृत तुलनित्र चालू हो जाता है और सभी हाई साइड पावर स्विच अक्षम हो जाते हैं। जब करंट सीमा से नीचे चला जाता है, तो हाई-साइड पावर स्विच फिर से सक्षम हो जाते हैं, इस प्रकार ओवरकरंट सुरक्षा लागू होती है।
STEVAL-SPIN3201 मूल्यांकन बोर्ड के लिए वर्तमान सीमाएँ सूचीबद्ध हैं

तालिका 5. ओवरकरंट थ्रेसहोल्ड.

पीएफ6	पीएफ7	आंतरिक कॉम्प। सीमा	ओसी दहलीज
0	1	100 एमवी	20 ए
1	0	250 एमवी	65 ए
1	1	500 एमवी	140 ए

इन थ्रेसहोल्ड को R43 बायस रेसिस्टर को बदलकर संशोधित किया जा सकता है। 43 kΩ से अधिक R30 चुनने की अनुशंसा की जाती है। लक्ष्य धारा सीमा IOC के लिए R43 के मान की गणना करने के लिए, निम्न सूत्र का उपयोग किया जा सकता है:

जहाँ OC_COMPth वॉल्यूम हैtagआंतरिक तुलनित्र की सीमा (PF6 और PF7 द्वारा चयनित), और VDD 3.3 V डिजिटल आपूर्ति वॉल्यूम हैtagआंतरिक डीसीडीसी बक कनवर्टर द्वारा प्रदान किया गया।
R43 को हटाने पर, वर्तमान सीमा सूत्र को इस प्रकार सरलीकृत किया गया है:

4.4 बस वॉल्यूमtagई सर्किट

STEVAL-SPIN3201 मूल्यांकन बोर्ड बस वॉल्यूम प्रदान करता हैtagई सेंसिंग। यह संकेत एक वॉल्यूम के माध्यम से भेजा जाता हैtagई मोटर आपूर्ति खंड से विभक्तtage (VBUS) (R10 और R16) से सिग्नल प्राप्त किया जाता है और एम्बेडेड MCU के PB1 GPIO (ADC का चैनल 9) को भेजा जाता है। सिग्नल TP6 पर भी उपलब्ध है।

4.5 हार्डवेयर उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस

बोर्ड में निम्नलिखित हार्डवेयर उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस आइटम शामिल हैं:

पोटेंशियोमीटर R6: लक्ष्य गति निर्धारित करता है, उदाहरण के लिएample
स्विच SW1: STSPIN32F0 MCU और ST-LINK V2 को रीसेट करता है

स्विच SW2: उपयोगकर्ता बटन 1
स्विच SW3: उपयोगकर्ता बटन 2
LED DL3: उपयोगकर्ता LED 1 (उपयोगकर्ता 1 बटन दबाने पर भी चालू हो जाती है)

एलईडी डीएल4: उपयोगकर्ता एलईडी 2 (उपयोगकर्ता 2 बटन दबाने पर भी चालू हो जाती है)

4.6 डीबग

STEVAL-SPIN3201 मूल्यांकन बोर्ड में ST-LINK/V2-1 डीबगर/प्रोग्रामर एम्बेड किया गया है। ST-LINK पर समर्थित विशेषताएं हैं:

यूएसबी सॉफ्टवेयर पुन: गणना
USB पर वर्चुअल कॉम पोर्ट इंटरफ़ेस STSPIN6F7 (UART32) के PB0/PB1 पिन से जुड़ा हुआ है
USB पर मास स्टोरेज इंटरफ़ेस
ST-LINK के लिए विद्युत आपूर्ति, J5 से जुड़े USB केबल के माध्यम से होस्ट PC द्वारा प्रदान की जाती है।
एलईडी एलडी2 एसटी-लिंक संचार स्थिति की जानकारी प्रदान करता है:

लाल एलईडी धीरे-धीरे चमकती है: यूएसबी आरंभीकरण से पहले पावर-ऑन पर
लाल एलईडी तेजी से चमकती है: पीसी और ST-LINK/V2-1 के बीच पहले सही संचार के बाद (गणना)
लाल एलईडी चालू: पीसी और ST-LINK/V2-1 के बीच आरंभीकरण पूरा हो गया है

हरी एलईडी चालू: लक्ष्य संचार आरंभ सफल
लाल/हरा एलईडी चमकना: लक्ष्य के साथ संचार के दौरान
ग्रीन ऑन: संचार पूरा हुआ और सफल रहा
जम्पर J8 को हटाकर रीसेट फ़ंक्शन को ST-LINK से डिस्कनेक्ट कर दिया जाता है।

संशोधन इतिहास

तालिका 6. दस्तावेज़ संशोधन इतिहास

तारीख	दोहराव	परिवर्तन
12-दिसंबर-20161	1	प्रारंभिक रिहाई।
23-नवंबर-2017	2	पृष्ठ 4.2 पर अनुभाग 7: धारा संवेदन जोड़ा गया।
27-फरवरी-2018	3	संपूर्ण दस्तावेज़ में छोटे-मोटे संशोधन।
18-अगस्त-2021	4	मामूली टेम्पलेट सुधार.

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