élet.mérte fel
UM2154
Felhasználói kézikönyv
STEVE-SPIN3201: fejlett BLDC vezérlő beágyazott STM32 MCU kiértékelő kártyával
Bevezetés
A STEVAL-SPIN3201 kártya egy háromfázisú kefe nélküli egyenáramú motor meghajtó kártya, amely az STSPIN3F32-n alapul, egy 0 fázisú vezérlő integrált STM3 MCU-val, és 32 sönt ellenállásokat valósít meg áramleolvasási topológiaként.
Könnyen használható megoldást kínál az eszköz értékelésére különböző alkalmazásokban, mint például háztartási gépek, ventilátorok, drónok és elektromos szerszámok.
A kártya érzékelős vagy érzékelő nélküli mezőorientált vezérlési algoritmushoz készült, 3 sönt érzékeléssel.
1. ábra: STEVE-SPIN3201 értékelő tábla
Hardver és szoftver követelmények
A STEVAL-SPIN3201 értékelő tábla használatához a következő szoftverre és hardverre van szükség:
- Windows ® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) a szoftvercsomag telepítéséhez
- Mini-B USB kábel a STEVAL-SPIN3201 kártya számítógéphez való csatlakoztatásához
- Az STM32 motorvezérlő szoftverfejlesztő készlet, Y változat (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 3 fázisú kefe nélküli egyenáramú motor kompatibilis voltage és az aktuális minősítések
- Külső DC tápegység.
Kezdő lépések
A tábla maximális besorolása a következő:
- Teljesítmény stage ellátási köttage (VS) 8 V-tól 45 V-ig
- Motor fázisáram 15 karig
A projekt elindításához a táblával:
Lépés 1. Ellenőrizze a jumper helyzetét a célkonfigurációnak megfelelően (lásd: 4.3 Túláram-érzékelés
Lépés 2. Csatlakoztassa a motort a J3 csatlakozóhoz, ügyelve a motor fázisainak sorrendjére.
Lépés 3. Adja meg a kártyát a J1 csatlakozó 2. és 2. bemenetén keresztül. A DL1 (piros) LED kigyullad.
Lépés 4. Fejlessze alkalmazását az STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y segítségével (X-CUBEMCSDK-Y).
Hardver leírása és konfigurációja
Ábra 2. A fő alkatrészek és a csatlakozók elhelyezkedése mutatja a fő alkatrészek és csatlakozók helyzetét a kártyán.
Ábra 2. A fő alkatrészek és csatlakozók elhelyezkedése
1. táblázat. A hardverbeállító jumperek biztosítják a csatlakozók részletes kivezetését.
1. táblázat. Hardverbeállító jumperek
| Jumper | Engedélyezett konfigurációk | Alapértelmezett állapot |
| JP1 | V-motorhoz csatlakoztatott VREG kiválasztása | NYITOTT |
| JP2 | Választható motor tápegység DC tápegységhez csatlakoztatva | ZÁRT |
| JP3 | Selection Hall kódoló tápegység USB (1) / VDD (3) tápegységhez | 1 – 2 ZÁRVA |
| JP4 | ST-LINK (U4) kiválasztás visszaállítása | NYITOTT |
| JP5 | A PA2 kijelölés a 3-as csarnokhoz csatlakozik | ZÁRT |
| JP6 | A PA1 kijelölés a 2-as csarnokhoz csatlakozik | ZÁRT |
| JP7 | A PA0 kijelölés a 1-as csarnokhoz csatlakozik | ZÁRT |
2. táblázat. Egyéb csatlakozók, jumperek és tesztpontok leírása
|
Név |
Pin | Címke |
Leírás |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Motor tápegység |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Az eszköz fő tápegysége (VM) |
| J3 | 1. 2-3 | U, V, W | 3 fázisú BLDC motor fáziscsatlakozás |
| J4 | 1. 2-3 | J4 | Hall/enkóder érzékelők csatlakozója |
| 4 – 5 | J4 | Hall szenzorok/jeladó ellátás | |
| J5 | – | J5 | USB bemenet ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK tápegység |
| 2 | CLK | ST-LINK SWCLK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | ST-LINK SWDIO | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | KOSÁR |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK reset |
| TP1 | – | GREG | 12 V kötettage szabályozó kimenet |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | SEBESSÉG | Sebesség-potenciométer kimenet |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (kimenetiamp értelem 1) |
| TP6 | – | V-BUS | VBus visszajelzés |
| TP7 | – | OUT_U | U kimenet |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (kimenetiamp értelem 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (kimenetiamp értelem 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Kimenet V. |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Kimenet W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB köttage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Az áramkör leírása
A STEVAL-SPIN3201 egy teljes, 3 sönt FOC megoldást kínál, amely egy STSPIN32F0 - fejlett BLDC vezérlőből és egy beágyazott STM32 MCU-val - és egy háromszoros félhíd teljesítményből áll.tage az NMOS STD140N6F7-tel.
Az STSPIN32F0 önállóan állítja elő az összes szükséges tápottages: a belső DC/DC buck konverter 3V3-at, egy belső lineáris szabályozó pedig 12V-ot biztosít a kapumeghajtóknak.
Az áram-visszacsatoló jel kondicionálása a műveletek közül háromon keresztül történik ampAz eszközbe ágyazott emelők és egy belső komparátor végez túláramvédelmet a sönt ellenállásokkal szemben.
Két felhasználói gomb, két LED és egy trimmer áll rendelkezésre az egyszerű felhasználói felületek megvalósításához (pl. a motor indítása/leállítása és a célsebesség beállítása).
A STEVAL-SPIN3201 kártya támogatja a kvadratúra kódolót és a digitális Hall érzékelőket motorhelyzet visszajelzésként.
Az alaplap ST-LINK-V2-t tartalmaz, amely lehetővé teszi a felhasználó számára a firmware hibakeresését és letöltését minden további hardvereszköz nélkül.
4.1 Hall/enkóder motor fordulatszám érzékelő
A STEVAL-SPIN3201 kiértékelő kártya támogatja a digitális Hall és kvadratúra enkóder érzékelőket motorhelyzet visszajelzésként.
Az érzékelők a felsorolt J32 csatlakozón keresztül csatlakoztathatók az STSPIN0F4-hoz
3. táblázat Hall/enkóder csatlakozó (J4).
| Név | Pin | Leírás |
| Hall1/A+ | 1 | Hall érzékelő 1/jeladó kimenet A+ |
| Hall2/B+ | 2 | Hall-érzékelő 2/jeladó kimenet B+ |
| Csarnok3/Z+ | 3 | Hall-érzékelő 3/jeladó nulla visszacsatolás |
| VDD érzékelő | 4 | Érzékelő ellátás voltage |
| GND | 5 | Föld |
1 k-os védelmi soros ellenállásΩ sorozatba van szerelve érzékelő kimenetekkel.
A külső felhúzást igénylő érzékelőknél három 10 kΩ-os ellenállás már fel van szerelve a kimeneti vonalakra és csatlakoztatva a VDD vol.tage. Ugyanezen vonalakon elérhető a lehúzó ellenállásokhoz való alapterület is.
A JP3 jumper választja ki az érzékelő tápellátását voltage:
- Jumper az 1-es érintkezők és a 2-es érintkezők között: Hall-érzékelők VUSB-ről (5 V)
- Jumper az 1. érintkező és a 2. érintkező között: Hall-érzékelők VDD-vel (3.3 V)
A felhasználó leválaszthatja az érzékelőkimeneteket az MCU GPIO JP5, JP6 és JP7 nyitó jumpereiről.
4.2 Áramérzékelés
A STEVAL-SPIN3201 kártyán az áramérzékelő jel kondicionálása három működési ampaz STSPIN32F0 eszközbe ágyazott emelők.
Egy tipikus FOC-alkalmazásban a három félhíd áramát az egyes alacsony oldali tápkapcsolók forrásán lévő söntellenállással érzékelik. Az értelem köttagA jelek egy analóg-digitális átalakítóba kerülnek egy bizonyos vezérlési technikához kapcsolódó mátrix számítás elvégzéséhez. Azok az érzékjelek általában eltolódnak és ampdedikált op-amps az ADC teljes tartományának kihasználása érdekében (lásd a 3. ábrát. Jelenlegi érzékelési séma pl.ample).
3. ábra Áramérzékelési séma plample
Az érzékelő jeleket el kell tolni és a VDD/2 voltage (kb. 1.65 V) és ampismételten megtörténik, amely biztosítja az érzékelt jel maximális értéke és az ADC teljes skálája közötti illeszkedést.
A kötettage váltó stage bevezeti a visszacsatoló jel csillapítását (1/Gp), amely a nem invertáló konfiguráció erősítésével együtt (Gn, Rn és Rf által rögzített), hozzájárul a teljes erősítéshez (G). Mint már említettük, a cél az összkép kialakítása amplification network gain (G) úgy, hogy a voltagA motor maximális megengedett áramának megfelelő sönt ellenálláson (a motor névleges áramának ISmax csúcsértéke) illeszkedik a vol tartománybatagaz ADC által olvasható.
Jegyzet hogy ha G rögzített, jobb úgy konfigurálni, hogy a kezdeti csillapítást 1/Gp amennyire csak lehet, és ezáltal a Gn erősítést is csökkenti. Ez nem csak azért fontos, hogy maximalizáljuk a jelet a zajarány révén, hanem azért is, hogy csökkentsük a működési hatást.amp belső eltolás a kimeneten (Gn-nel arányos).
Az erősítés és a polarizáció voltage (VOPout, pol) határozza meg az áramérzékelő áramkör működési tartományát:
Ahol:
- IS- = maximális áramforrás
- IS+ = az áramkör által érzékelhető maximális süllyesztett áramerősség.
4. táblázat: STEVE-SPIN3201 op-amps polarizációs hálózat
|
Paraméter |
Alkatrész hivatkozás | 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 Túláram észlelése
A STEVAL-SPIN3201 értékelőkártya az STSPIN32F0 integrált OC komparátoron alapuló túláramvédelmet valósít meg. A sönt ellenállások mérik az egyes fázisok terhelési áramát. Az R50, R51 és R52 ellenállások hozzák a voltage jeleket társított minden egyes terhelési áramhoz az OC_COMP érintkezőhöz. Ha a három fázis egyikében folyó csúcsáram meghaladja a kiválasztott küszöbértéket, az integrált komparátor működésbe lép, és az összes magas oldali teljesítménykapcsoló le van tiltva. A magas oldali tápkapcsolók ismét bekapcsolódnak, ha az áram a küszöbérték alá esik, így túláramvédelmet valósítanak meg.
A STEVAL-SPIN3201 értékelő tábla jelenlegi küszöbértékei a következőkben vannak felsorolva
5. táblázat: Túláram küszöbértékek.
| 6 PF | 7 PF | Belső komp. küszöb | OC küszöb |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Ezek a küszöbértékek az R43 előfeszítő ellenállás megváltoztatásával módosíthatók. Javasoljuk, hogy 43 kΩ-nál nagyobb R30-at válasszanak. Az R43 értékének kiszámításához az IOC céláram határértékéhez a következő képlet használható:
ahol OC_COMPth a voltagA belső komparátor küszöbértéke (a PF6 és PF7 által kiválasztott), a VDD pedig a 3.3 V-os digitális tápfeszültségtage a belső DCDC buck konverter biztosítja.
Az R43 eltávolításával a jelenlegi küszöbképlet a következőképpen egyszerűsödik:
4.4 Busz köttage áramkör
A STEVAL-SPIN3201 értékelő tábla biztosítja a busz voltage érzékelés. Ezt a jelet egy voltage osztó a motortápról voltage (VBUS) (R10 és R16), és elküldi a beágyazott MCU PB1 GPIO-jához (az ADC 9. csatornája). A jel a TP6-on is elérhető.
4.5 Hardver felhasználói felület
Az alaplap a következő hardver felhasználói felület elemeit tartalmazza:
- R6 potenciométer: beállítja a célsebességet, plample
- SW1 kapcsoló: visszaállítja az STSPIN32F0 MCU-t és az ST-LINK V2-t
- SW2 kapcsoló: 1. felhasználói gomb
- SW3 kapcsoló: 2. felhasználói gomb
- DL3 LED: felhasználói LED 1 (az 1. felhasználói gomb megnyomásakor is világít)
- DL4 LED: felhasználói LED 2 (a felhasználó 2 gombjainak megnyomásakor is kigyullad)
4.6 Hibakeresés
A STEVAL-SPIN3201 kiértékelő tábla egy ST-LINK/V2-1 hibakeresőt/programozót tartalmaz. Az ST-LINK által támogatott szolgáltatások a következők:
- USB szoftver újra felsorolása
- Virtuális kommunikációs port interfész USB-n, az STSPIN6F7 (UART32) PB0/PB1 érintkezőihez csatlakoztatva
- Tömegtároló interfész USB-n
Az ST-LINK tápellátását a gazdaszámítógép biztosítja a J5-höz csatlakoztatott USB-kábelen keresztül.
Az LD2 LED ST-LINK kommunikációs állapotinformációkat ad: - A piros LED lassan villog: bekapcsoláskor az USB inicializálása előtt
- Gyorsan villogó piros LED: a számítógép és az ST-LINK/V2-1 közötti első helyes kommunikáció után (felsorolás)
- Piros LED BE: a PC és az ST-LINK/V2-1 közötti inicializálás befejeződött
- Zöld LED BE: sikeres célkommunikáció inicializálása
- Piros/zöld LED villog: kommunikáció közben a célponttal
- Zöld BE: a kommunikáció befejeződött és sikeres
A reset funkciót a J8 jumper eltávolításával leválasztjuk az ST-LINK-ről.
Revíziótörténet
6. táblázat: Dokumentum felülvizsgálati előzmények
| Dátum | Felülvizsgálat | Változások |
| 12. december 20161 | 1 | Kezdeti kiadás. |
| 23-nov. 2017 | 2 | 4.2. szakasz hozzáadva: Áramérzékelés a 7. oldalon. |
| 27-február 2018 | 3 | Kisebb módosítások a dokumentumban. |
| 18. augusztus 2021 | 4 | Kisebb sablonjavítás. |
Az STMicroelectronics NV és leányvállalatai ("ST") fenntartják a jogot, hogy előzetes értesítés nélkül bármikor módosítsák, javítsák, bővítsék, módosítsák és tökéletesítsék az ST-termékeket és/vagy ezt a dokumentumot. A vásárlóknak meg kell szerezniük a legfrissebb releváns információkat az ST-termékekről a rendelés leadása előtt. Az ST-termékek értékesítése az ST-nek a megrendelés visszaigazolásakor érvényes értékesítési feltételei szerint történik. Kizárólag a vásárlók felelősek az ST termékek kiválasztásáért, kiválasztásáért és használatáért, és az ST nem vállal felelősséget az alkalmazási segítségért vagy a vásárlók termékeinek tervezéséért.
FONTOS FIGYELMEZTETÉS - KÉRJÜK, ÓVOSAN OLVASSA EL
Az ST jelen dokumentumban semmilyen szellemi tulajdonjogra nem ad kifejezett vagy hallgatólagos licencet.
Az ST-termékeknek az itt leírtaktól eltérő rendelkezésekkel történő viszonteladása érvénytelenít minden, az ST által az ilyen termékre adott garanciát.
Az ST és az ST logó az ST védjegyei. Az ST védjegyekkel kapcsolatos további információkért lásd: www.st.com/trademarks. Minden egyéb termék- vagy szolgáltatásnév a megfelelő tulajdonosok tulajdona.
A jelen dokumentumban szereplő információk felülírják és felváltják a jelen dokumentum bármely korábbi verziójában korábban megadott információkat.
© 2021 STMicroelectronics – Minden jog fenntartva
Dokumentumok / Források
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Fejlett BLDC vezérlő beágyazott STM32 MCU kiértékelő táblával [pdf] Felhasználói kézikönyv UM2154, STEVAL-SPIN3201 fejlett BLDC vezérlő beágyazott STM32 MCU kiértékelő táblával |
