UM2154 STEVAL-SPIN3201 Napredni BLDC kontroler s ugrađenom STM32 MCU Evaluation Board Korisnički priručnik

život.agmentirano
UM2154

Upute za upotrebu

STEVE-SPIN3201: napredni BLDC kontroler s ugrađenom STM32 MCU evaluacijskom pločom

Sadržaj sakriti

1 Uvod

2 Hardverski i softverski zahtjevi

3 Početak rada

4 Opis i konfiguracija hardvera

5 Opis Krug

6 Povijest revizija

7 Dokumenti / Resursi

7.1 Reference

8 Povezani postovi

Uvod

STEVAL-SPIN3201 ploča je 3-fazna upravljačka ploča istosmjernog motora bez četkica bazirana na STSPIN32F0, 3-faznom kontroleru s integriranim STM32 MCU, i implementira 3-shunt otpornika kao topologiju očitavanja struje.
Pruža rješenje jednostavno za korištenje za procjenu uređaja u različitim aplikacijama kao što su kućanski aparati, ventilatori, dronovi i električni alati.
Ploča je dizajnirana za algoritam upravljanja sa senzorima ili bez senzora orijentiran na polje s 3-shunt senzorom.

Slika 1. STEVE-SPIN3201 evaluacijska ploča

Hardverski i softverski zahtjevi

Za korištenje STEVAL-SPIN3201 evaluacijske ploče potreban je sljedeći softver i hardver:

Windows ® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) za instalaciju softverskog paketa
Mini-B USB kabel za spajanje STEVAL-SPIN3201 ploče na računalo

Komplet za razvoj softvera za upravljanje motorom STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
3-fazni DC motor bez četkica s kompatibilnim voltage i trenutne ocjene

Eksterno istosmjerno napajanje.

Početak rada

Maksimalne ocjene odbora su sljedeće:

Snaga stage opskrba voltage (VS) od 8 V do 45 V
Fazna struja motora do 15 Arms

Za početak projekta s pločom:

Korak 1. Provjerite položaj kratkospojnika prema ciljnoj konfiguraciji (pogledajte odjeljak 4.3 Detekcija prekomjerne struje
Korak 2. Spojite motor na konektor J3 vodeći računa o redoslijedu faza motora.
Korak 3. Napajajte ploču kroz ulaz 1 i 2 konektora J2. DL1 (crvena) LED će se upaliti.
Korak 4. Razvijte svoju aplikaciju koristeći STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).

Opis i konfiguracija hardvera

Lik 2. Položaji glavnih komponenti i konektora pokazuju položaj glavnih komponenti i konektora na ploči.
Lik 2. Položaji glavnih komponenti i konektora

Tablica 1. Prespojnici za podešavanje hardvera pružaju detaljan prikaz konektora.
Tablica 1. Preskakači za podešavanje hardvera

Džemper	Dopuštene konfiguracije	Zadano stanje
JP1	Odabir VREG spojenog na V motor	OTVORITI
JP2	Izbor napajanja motora spojen na istosmjerno napajanje	ZATVORENO
JP3	Odabir Napajanje Hall kodera na USB (1) / VDD (3) napajanje	1 – 2 ZATVORENO
JP4	Resetiranje odabira ST-LINK (U4)	OTVORITI
JP5	Selekcija PA2 spojena na dvoranu 3	ZATVORENO
JP6	Selekcija PA1 spojena na dvoranu 2	ZATVORENO
JP7	Selekcija PA0 spojena na dvoranu 1	ZATVORENO

Tablica 2. Opis ostalih konektora, kratkospojnika i ispitnih točaka

Ime	Pin	Označiti	Opis
J1	1 – 2	J1	Napajanje motora
J2	1 – 2	J2	Glavno napajanje uređaja (VM)
J3	1 – 2 – 3 (prikaz, znanstveni).	U, V, W	Spajanje faza 3-faznog BLDC motora
J4	1 – 2 – 3 (prikaz, znanstveni).	J4	Konektor Hall/enkoder senzora
J4	4 – 5	J4	Napajanje Hall senzora/enkodera
J5	–	J5	USB ulaz ST-LINK
J6	1	3V3	ST-LINK napajanje
	2	CLK	SWCLK od ST-LINK
	3	GND	GND
	4	DIO	SWDIO od ST-LINK
J7	1 – 2	J7	KOŠARICA
J8	1 – 2	J8	ST-LINK resetiranje
TP1	–	GREG	12 V svtage izlaz regulatora
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	UBRZATI	Izlaz potenciometra brzine
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (izlaz op-amp smisao 1)
TP6	–	V-BUS	VBus povratne informacije
TP7	–	OUT_U	Izlaz U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (izlaz op-amp smisao 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (izlaz op-amp smisao 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	OUT_V	Izlaz V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	Izlaz W
TP14	–	3V3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	USB voltage
TP16	–	I/O	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

Opis Krug

STEVAL-SPIN3201 pruža cjelovito FOC rješenje s 3 shunta koje se sastoji od STSPIN32F0 – naprednog BLDC kontrolera s ugrađenim STM32 MCU – i trostrukog polumostnog napajanja.tage s NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 autonomno generira svu potrebnu opskrbu voltages: interni DC/DC pretvornik osigurava 3V3, a unutarnji linearni regulator osigurava 12 V za pokretače vrata.
Kondicioniranje trenutnog povratnog signala izvodi se kroz tri operativna ampLifiers ugrađeni u uređaj i interni komparator obavlja prekostrujnu zaštitu od shunt otpornika.
Dostupne su dvije korisničke tipke, dvije LED diode i trimer za implementaciju jednostavnih korisničkih sučelja (npr. pokretanje/zaustavljanje motora i postavljanje ciljne brzine).
STEVAL-SPIN3201 ploča podržava kvadraturni enkoder i digitalne Hall senzore kao povratnu informaciju o položaju motora.
Ploča uključuje ST-LINK-V2 koji korisniku omogućuje ispravljanje pogrešaka i preuzimanje firmvera bez ikakvog dodatnog hardverskog alata.

4.1 Hall/enkoder senzor brzine motora
STEVAL-SPIN3201 evaluacijska ploča podržava digitalne senzore Halla i kvadraturnog enkodera kao povratnu informaciju o položaju motora.
Senzori se mogu spojiti na STSPIN32F0 preko J4 konektora koji je naveden u

Tablica 3. Konektor Hall/enkoder (J4).

Ime	Pin	Opis
Dvorana1/A+	1	Hall senzor 1/koder izlaz A+
Dvorana 2/B+	2	Hall senzor 2/koder izlaz B+
Dvorana3/Z+	3	Hall senzor 3/enkoder nula povratne informacije
VDD senzor	4	Napajanje senzora voltage
GND	5	Ground

Zaštitni serijski otpornik od 1 kΩ montira se u nizu s izlazima senzora.
Za senzore koji zahtijevaju eksterno povlačenje, tri otpornika od 10 kΩ već su montirana na izlazne vodove i spojena na VDD voltage. Na istim linijama dostupan je i otisak za padajuće otpornike.

Jumper JP3 odabire napajanje za opskrbu senzora voltage:

Prespojnik između pina 1 – iglice 2: Hall senzori napajani VUSB (5 V)

Premosnik između pina 1 – iglice 2: Hall senzori napajani VDD (3.3 V)
Korisnik može odspojiti izlaze senzora s MCU GPIO jumpera za otvaranje JP5, JP6 i JP7.

4.2 Senzor struje

U ploči STEVAL-SPIN3201, kondicioniranje signala za očitavanje struje izvodi se kroz tri operativna ampLifiers ugrađeni u uređaj STSPIN32F0.
U tipičnoj FOC aplikaciji, struje u tri polumosta se očitavaju pomoću shunt otpornika na izvoru svake sklopke niske strane napajanja. Osjećaj voltagSignali se dostavljaju analogno-digitalnom pretvaraču kako bi se izvršio matrični izračun koji se odnosi na određenu tehniku upravljanja. Ti osjetilni signali su obično pomaknuti i ampobogaćen posvećenim op-amps kako bi se iskoristio cijeli raspon ADC-a (pogledajte sliku 3. Shema senzora struje npr.ample).

Slika 3. Shema za mjerenje struje nprample

Signali osjetila moraju se pomaknuti i centrirati na VDD/2 voltage (oko 1.65 V) i ampponovno lified što osigurava podudaranje između maksimalne vrijednosti osjetilnog signala i punog raspona ADC-a.
Voltage pomicanje stage uvodi slabljenje (1/Gp) povratnog signala koje, zajedno s pojačanjem neinvertirajuće konfiguracije (Gn, fiksirano Rn i Rf), doprinosi ukupnom pojačanju (G). Kao što je već spomenuto, cilj je uspostaviti sveukupno amppojačanje mreže (G) tako da se voltage na shunt otporniku koji odgovara maksimalnoj dopuštenoj struji motora (ISmax vršna vrijednost nazivne struje motora) odgovara rasponu vol.tagčitljiv od strane ADC-a.

Bilješka da je, nakon što je G fiksiran, bolje ga konfigurirati snižavanjem početnog prigušenja 1/Gp što je više moguće, a time i pojačanja Gn. Ovo je važno ne samo za maksimiziranje signala omjerom šuma, već i za smanjenje učinka op-amp intrinzični pomak na izlazu (proporcionalan Gn).

Pojačanje i polarizacija voltage (VOPout, pol) određuju radni raspon strujnog senzorskog kruga:

Gdje:

IS- = maksimalna izvorna struja
IS+ = maksimalna potopljena struja koju strujni krug može osjetiti.

Tablica 4. STEVE-SPIN3201 op-amps polarizacijske mreže

Parametar	Referenca dijela	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 Detekcija prekomjerne struje

STEVAL-SPIN3201 evaluacijska ploča implementira prekostrujnu zaštitu temeljenu na STSPIN32F0 integriranom OC komparatoru. Shunt otpornici mjere struju opterećenja svake faze. Otpornici R50, R51 i R52 donose voltage signali povezani sa svakom strujom opterećenja na pin OC_COMP. Kada vršna struja koja teče u jednoj od tri faze prijeđe odabrani prag, aktivira se integrirani komparator i svi prekidači visoke snage su onemogućeni. Prekidači na visokoj strani ponovno su uključeni kada struja padne ispod praga, čime se implementira prekostrujna zaštita.
Trenutni pragovi za ocjenjivačku ploču STEVAL-SPIN3201 navedeni su u

Tablica 5. Pragovi prekomjerne struje.

PF6	PF7	Interni komp. prag	OC prag
0	1	100 mV	20 A
1	0	250 mV	65 A
1	1	500 mV	140 A

Ovi se pragovi mogu mijenjati promjenom otpornika prednapona R43. Preporuča se odabrati R43 veći od 30 kΩ. Kako bi se izračunala vrijednost R43 za ciljnu granicu struje IOC, može se koristiti sljedeća formula:

gdje je OC_COMPth volumentage prag internog komparatora (odabiru PF6 i PF7), a VDD je 3.3 V digitalni volumen napajanjatage osiguran od strane internog DCDC buck pretvarača.
Uklanjanjem R43, formula trenutačnog praga je pojednostavljena na sljedeći način:

4.4 Autobus svtage krug

STEVAL-SPIN3201 evaluacijska ploča daje sabirnicu voltage osjet. Ovaj signal se šalje kroz voltage razdjelnik od napajanja motora voltage (VBUS) (R10 i R16) i poslan na PB1 GPIO (kanal 9 ADC-a) ugrađenog MCU-a. Signal je također dostupan na TP6.

4.5 Hardversko korisničko sučelje

Ploča uključuje sljedeće hardverske stavke korisničkog sučelja:

Potenciometar R6: postavlja ciljnu brzinu, nprample
Prekidač SW1: resetira STSPIN32F0 MCU i ST-LINK V2

Prekidač SW2: korisnički gumb 1
Prekidač SW3: korisnički gumb 2
LED DL3: korisnička LED 1 (također se uključuje kada se pritisne gumb korisnika 1)

LED DL4: korisnička LED 2 (također se uključuje kada se pritisnu gumbi korisnika 2)

4.6 Debug

STEVAL-SPIN3201 evaluacijska ploča ugrađuje ST-LINK/V2-1 debugger/programator. Značajke koje podržava ST-LINK su:

Ponovno nabrajanje USB softvera
Sučelje virtualnog com porta na USB-u spojeno na PB6/PB7 pinove STSPIN32F0 (UART1)
Sučelje za masovnu pohranu na USB-u
Napajanje za ST-LINK osigurava glavno računalo putem USB kabela spojenog na J5.
LED LD2 pruža informacije o statusu komunikacije ST-LINK:

Crvena LED dioda polako treperi: pri uključivanju prije inicijalizacije USB-a
Crvena LED dioda brzo treperi: nakon prve ispravne komunikacije između računala i ST-LINK/V2-1 (nabrajanje)
Crveni LED ON: inicijalizacija između PC-a i ST-LINK/V2-1 je završena

Zeleno LED UKLJUČENO: uspješna inicijalizacija ciljane komunikacije
Crveno/zeleno LED treperi: tijekom komunikacije s metom
Zeleno UKLJUČENO: komunikacija je završena i uspješna
Funkcija resetiranja se odvaja od ST-LINK-a uklanjanjem kratkospojnika J8.

Povijest revizija

Tablica 6. Povijest revizija dokumenta

Datum	Revizija	Promjene
12. prosinca 20161	1	Početno izdanje.
23. studenoga 2017	2	Dodan odjeljak 4.2: Senzor struje na stranici 7.
27. veljače 2018	3	Manje izmjene u cijelom dokumentu.
18. kolovoza 2021	4	Manja ispravka predloška.

STMicroelectronics NV i njegove podružnice (“ST”) zadržavaju pravo na izmjene, ispravke, poboljšanja, modifikacije i poboljšanja ST proizvoda i/ili ovog dokumenta u bilo koje vrijeme bez prethodne obavijesti. Kupci bi trebali dobiti najnovije relevantne informacije o ST proizvodima prije naručivanja. ST proizvodi se prodaju u skladu s odredbama i uvjetima prodaje ST-a koji su na snazi u trenutku potvrde narudžbe. Kupci su isključivo odgovorni za izbor, odabir i korištenje ST proizvoda i ST ne preuzima nikakvu odgovornost za pomoć u primjeni ili dizajn proizvoda Kupca.

VAŽNA OBAVIJEST - MOLIMO PAŽLJIVO PROČITAJTE

ST ovdje ne daje nikakvu licencu, izričitu ili implicitnu, za bilo koje pravo intelektualnog vlasništva.
Preprodaja ST proizvoda s odredbama različitim od ovdje navedenih informacija poništit će svako jamstvo koje je ST dao za takav proizvod.
ST i ST logo su zaštitni znakovi tvrtke ST. Za dodatne informacije o ST zaštitnim znakovima, pogledajte www.st.com/trademarks. Svi ostali nazivi proizvoda ili usluga vlasništvo su njihovih vlasnika.
Informacije u ovom dokumentu nadziru i zamjenjuju informacije prethodno navedene u bilo kojoj od prethodnih verzija ovog dokumenta.