Life.augmented
UM2154
Panduan pengguna
STEVE-SPIN3201: pengontrol BLDC canggih dengan papan evaluasi MCU STM32 tertanam
Perkenalan
Papan STEVAL-SPIN3201 adalah papan driver motor DC brushless 3 fase berdasarkan STSPIN32F0, pengontrol 3 fase dengan MCU STM32 terintegrasi, dan mengimplementasikan resistor 3-shunt sebagai topologi pembacaan arus.
Ini memberikan solusi yang mudah digunakan untuk evaluasi perangkat dalam berbagai aplikasi seperti peralatan rumah tangga, kipas angin, drone, dan peralatan listrik.
Papan ini dirancang untuk algoritma kontrol berorientasi lapangan bersensor atau tanpa sensor dengan 3-shunt sensing.
Gambar 1. Papan evaluasi STEVE-SPIN3201
Persyaratan perangkat keras dan perangkat lunak
Menggunakan papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 memerlukan perangkat lunak dan perangkat keras berikut:
- PC Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) untuk menginstal paket perangkat lunak
- Kabel USB mini-B untuk menghubungkan papan STEVAL-SPIN3201 ke PC
- Kit Pengembangan Perangkat Lunak Kontrol Motor STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Motor DC brushless 3-fase dengan voltase yang kompatibeltage dan peringkat saat ini
- Catu daya DC eksternal.
Memulai
Peringkat maksimum dewan adalah sebagai berikut:
- kekuatan stagvolume pasokantage (VS) dari 8 V hingga 45 V
- Arus fase motor hingga 15 Arms
Untuk memulai proyek Anda dengan papan:
Melangkah 1. Periksa posisi jumper sesuai dengan konfigurasi target (lihat Bagian 4.3 Deteksi arus lebih
Melangkah 2. Hubungkan motor ke konektor J3 dengan memperhatikan urutan fase motor.
Melangkah 3. Pasokan papan melalui input 1 dan 2 dari konektor J2. LED DL1 (merah) akan menyala.
Melangkah 4. Kembangkan aplikasi Anda menggunakan Kit Pengembangan Perangkat Lunak Kontrol Motor STM32 Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Deskripsi dan konfigurasi perangkat keras
Angka 2. Komponen utama dan posisi konektor menunjukkan posisi komponen utama dan konektor pada papan.
Angka 2. Komponen utama dan posisi konektor
Tabel 1. Jumper pengaturan perangkat keras menyediakan pinout konektor yang terperinci.
Tabel 1. Jumper pengaturan perangkat keras
| Peloncat | Konfigurasi yang diizinkan | Kondisi bawaan |
| JP1 | Pemilihan VREG yang terhubung ke motor V | MEMBUKA |
| JP2 | Catu daya motor pilihan terhubung ke catu daya DC | TERTUTUP |
| JP3 | Pasokan encoder Hall Pemilihan ke catu daya USB (1) / VDD (3) | 1 – 2 TUTUP |
| JP4 | Setel ulang pemilihan ST-LINK (U4) | MEMBUKA |
| JP5 | Seleksi PA2 terhubung ke Hall 3 | TERTUTUP |
| JP6 | Seleksi PA1 terhubung ke Hall 2 | TERTUTUP |
| JP7 | Seleksi PA0 terhubung ke Hall 1 | TERTUTUP |
Tabel 2. Deskripsi konektor, jumper, dan titik uji lainnya
|
Nama |
Pin | Label |
Keterangan |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Catu daya motor |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Catu daya utama perangkat (VM) |
| J3 | 1-2-3 | kamu, v, w | Koneksi fase motor BLDC 3 fase |
| J4 | 1-2-3 | J4 | Konektor sensor hall/encoder |
| 4 – 5 | J4 | Sensor hall/pasokan encoder | |
| J5 | – | J5 | Masukan USB ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Catu daya ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK dari ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO dari ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | KERANJANG |
| J8 | 1 – 2 | J8 | Reset ST-LINK |
| TP1 | – | GREEN JUNIOR | 12 V volumetagkeluaran pengatur |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | KECEPATAN | Output potensiometer kecepatan |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (op-amp pengertian 1) |
| TP6 | – | V-BUS | Umpan balik VBus |
| TP7 | – | KELUAR_U | Keluaran U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (op-amp pengertian 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (op-amp pengertian 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | KELUAR_V | Keluaran V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | KELUAR_W | Keluaran W |
| TP14 | – | 3V3 | ST-LINK 3V3 |
| TP15 | – | 5V | volume USBtage |
| TP16 | – | masukan/keluaran | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
deskripsi sirkuit
STEVAL-SPIN3201 menyediakan solusi FOC 3-shunt lengkap yang terdiri dari STSPIN32F0 – pengontrol BLDC canggih dengan STM32 MCU tertanam – dan tiga setengah jembatan power stage dengan NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 secara mandiri menghasilkan semua volume suplai yang diperlukantages: konverter buck DC/DC internal menyediakan 3V3 dan regulator linier internal menyediakan 12 V untuk driver gerbang.
Pengkondisian sinyal umpan balik saat ini dilakukan melalui tiga operasi amplifiers tertanam ke dalam perangkat dan komparator internal melakukan perlindungan arus lebih dari resistor shunt.
Dua tombol pengguna, dua LED, dan pemangkas tersedia untuk mengimplementasikan antarmuka pengguna yang sederhana (misalnya, memulai/menghentikan motor dan menyetel kecepatan target).
Papan STEVAL-SPIN3201 mendukung encoder quadrature dan sensor Hall digital sebagai umpan balik posisi motor.
Papan menyertakan ST-LINK-V2 yang memungkinkan pengguna untuk men-debug dan mengunduh firmware tanpa alat perangkat keras tambahan.
4.1 Sensor kecepatan motor hall/encoder
Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 mendukung Hall digital dan sensor encoder quadrature sebagai umpan balik posisi motor.
Sensor dapat dihubungkan ke STSPIN32F0 melalui konektor J4 yang tercantum di
Tabel 3. Konektor hall/encoder (J4).
| Nama | Pin | Keterangan |
| Aula1/A+ | 1 | Sensor hall 1/encoder keluar A+ |
| Aula2/B+ | 2 | Sensor hall 2/encoder keluar B+ |
| Aula3/Z+ | 3 | Sensor hall 3/encoder umpan balik nol |
| sensor VDD | 4 | Tegangan suplai sensortage |
| GND | 5 | Tanah |
Sebuah resistor seri proteksi 1 kΩ dipasang secara seri dengan keluaran sensor.
Untuk sensor yang membutuhkan pull-up eksternal, tiga resistor 10 kΩ sudah terpasang pada jalur output dan terhubung ke VDD voltage. Pada baris yang sama, tapak untuk resistor pull-down juga tersedia.
Jumper JP3 memilih catu daya untuk tegangan suplai sensortage:
- Jumper antara pin 1 – pin 2: Sensor hall ditenagai oleh VUSB (5 V)
- Jumper antara pin 1 – pin 2: Sensor hall ditenagai oleh VDD (3.3 V)
Pengguna dapat memutuskan output sensor dari jumper pembuka MCU GPIO JP5, JP6, dan JP7.
4.2 Penginderaan saat ini
Di papan STEVAL-SPIN3201, pengkondisian sinyal penginderaan saat ini dilakukan melalui tiga operasional amplifiers tertanam ke dalam perangkat STSPIN32F0.
Dalam aplikasi FOC yang khas, arus di tiga setengah jembatan dirasakan menggunakan resistor shunt pada sumber setiap sakelar daya sisi rendah. rasa voltagSinyal e diberikan ke konverter analog-ke-digital untuk melakukan perhitungan matriks yang terkait dengan teknik kontrol tertentu. Sinyal indera itu biasanya digeser dan ampdiangkat oleh operasi khususamps untuk memanfaatkan jangkauan penuh ADC (lihat Gambar 3. Skema penginderaan saat ini exampsaya).
Gambar 3. Skema penginderaan saat ini example
Sinyal indera harus digeser dan dipusatkan pada VDD/2 voltage (sekitar 1.65 V) dan amplified lagi yang menyediakan pencocokan antara nilai maksimum sinyal yang dirasakan dan rentang skala penuh dari ADC.
volumetage pergeserantage memperkenalkan atenuasi (1/Gp) dari sinyal umpan balik yang, bersama dengan penguatan konfigurasi non-pembalik (Gn, ditetapkan oleh Rn dan Rf), berkontribusi pada penguatan keseluruhan (G). Seperti yang telah disebutkan, tujuannya adalah untuk membangun keseluruhan amppenguatan jaringan lifikasi (G) sehingga voltage pada resistor shunt yang sesuai dengan arus maksimum yang diizinkan motor (nilai puncak ISmaks dari arus pengenal motor) sesuai dengan kisaran voltages dapat dibaca oleh ADC.
Catatan bahwa, setelah G diperbaiki, lebih baik untuk mengkonfigurasinya dengan menurunkan redaman awal 1/Gp sebanyak mungkin dan, oleh karena itu, gain Gn. Hal ini penting tidak hanya untuk memaksimalkan sinyal dengan rasio noise tetapi juga untuk mengurangi efek op-amp offset intrinsik pada output (sebanding dengan Gn).
Gain dan tegangan polarisasitage (VOPout, pol) menentukan jangkauan operasi sirkuit penginderaan saat ini:
Di mana:
- IS- = arus sumber maksimum
- IS+ = arus tenggelam maksimum yang dapat dirasakan oleh rangkaian.
Tabel 4. Opsi STEVE-SPIN3201ampjaringan polarisasi
|
Parameter |
Referensi bagian | Wahyu 1 |
Wahyu 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 | Bahasa Inggris |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOPout, pola | – | 1.74 tahun | 1.65 tahun |
4.3 Deteksi arus lebih
Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 menerapkan perlindungan arus lebih berdasarkan komparator OC terintegrasi STSPIN32F0. Resistor shunt mengukur arus beban setiap fase. Resistor R50, R51, dan R52 membawa tegangantage sinyal yang terkait dengan setiap arus beban ke pin OC_COMP. Ketika arus puncak yang mengalir di salah satu dari tiga fase melebihi ambang yang dipilih, komparator terintegrasi dipicu dan semua sakelar daya sisi tinggi dinonaktifkan. Sakelar daya sisi tinggi diaktifkan kembali saat arus turun di bawah ambang batas, sehingga menerapkan perlindungan arus berlebih.
Ambang batas saat ini untuk dewan evaluasi STEVAL-SPIN3201 tercantum di
Tabel 5. Ambang batas arus lebih.
| PF6 | PF7 | Komp. internal ambang | ambang batas OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 Sebuah |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 Sebuah |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 Sebuah |
Ambang batas ini dapat dimodifikasi dengan mengubah resistor bias R43. Disarankan untuk memilih R43 lebih tinggi dari 30 kΩ. Untuk menghitung nilai R43 untuk target batas arus IOC, rumus berikut dapat digunakan:
di mana OC_COMPth adalah voltagambang batas komparator internal (dipilih oleh PF6 dan PF7), dan VDD adalah tegangan suplai digital 3.3 Vtage disediakan oleh konverter dolar DCDC internal.
Menghapus R43, rumus ambang batas saat ini disederhanakan sebagai berikut:
4.4 Volume bustage sirkuit
Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 menyediakan volume bustage penginderaan. Sinyal ini dikirim melalui voltage pembagi dari motor supply voltage (VBUS) (R10 dan R16) dan dikirim ke PB1 GPIO (saluran 9 ADC) dari MCU tertanam. Sinyal juga tersedia di TP6.
4.5 Antarmuka pengguna perangkat keras
Papan mencakup item antarmuka pengguna perangkat keras berikut:
- Potensiometer R6: mengatur kecepatan target, misalnyaample
- Beralih SW1: me-reset STSPIN32F0 MCU dan ST-LINK V2
- Beralih SW2: tombol pengguna 1
- Beralih SW3: tombol pengguna 2
- LED DL3: LED pengguna 1 (juga menyala saat tombol pengguna 1 ditekan)
- LED DL4: LED pengguna 2 (juga menyala ketika tombol pengguna 2 ditekan)
4.6 Mendebug
Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 menyematkan debugger/programmer ST-LINK/V2-1. Fitur-fitur yang didukung pada ST-LINK adalah:
- Pencacahan ulang perangkat lunak USB
- Antarmuka port com virtual pada USB yang terhubung ke pin PB6/PB7 dari STSPIN32F0 (UART1)
- Antarmuka penyimpanan massal di USB
Catu daya untuk ST-LINK disediakan oleh PC host melalui kabel USB yang terhubung ke J5.
LD2 LED menyediakan informasi status komunikasi ST-LINK: - LED merah berkedip perlahan: saat dihidupkan sebelum inisialisasi USB
- LED merah berkedip cepat: mengikuti komunikasi pertama yang benar antara PC dan ST-LINK/V2-1 (pencacahan)
- LED Merah ON: inisialisasi antara PC dan ST-LINK/V2-1 selesai
- LED Hijau NYALA: inisialisasi komunikasi target berhasil
- LED merah/hijau berkedip: selama komunikasi dengan target
- Hijau AKTIF: komunikasi selesai dan berhasil
Fungsi reset terputus dari ST-LINK dengan melepas jumper J8.
Riwayat revisi
Tabel 6. Riwayat revisi dokumen
| Tanggal | Revisi | Perubahan |
| 12 Desember 20161 | 1 | Rilis awal. |
| 23 November 2017 | 2 | Ditambahkan Bagian 4.2: Penginderaan saat ini pada halaman 7. |
| 27 Februari 2018 | 3 | Modifikasi kecil di seluruh dokumen. |
| 18-Agustus-2021 | 4 | Koreksi template kecil. |
STMicroelectronics NV dan anak perusahaannya (“ST”) berhak untuk membuat perubahan, koreksi, penyempurnaan, modifikasi, dan penyempurnaan produk ST dan/atau dokumen ini kapan saja tanpa pemberitahuan. Pembeli harus mendapatkan informasi relevan terbaru tentang produk ST sebelum melakukan pemesanan. Produk ST dijual sesuai dengan syarat dan ketentuan penjualan ST yang berlaku pada saat pengakuan pesanan. Pembeli bertanggung jawab penuh atas pilihan, pemilihan, dan penggunaan produk ST dan ST tidak bertanggung jawab atas bantuan aplikasi atau desain produk Pembeli.
PEMBERITAHUAN PENTING - HARAP DIBACA DENGAN SEKSAMA
Tidak ada lisensi, tersurat maupun tersirat, terhadap hak kekayaan intelektual apa pun yang diberikan oleh ST di sini.
Penjualan kembali produk ST dengan ketentuan yang berbeda dari informasi yang ditetapkan di sini akan membatalkan garansi apa pun yang diberikan oleh ST untuk produk tersebut.
ST dan logo ST adalah merek dagang ST. Untuk informasi tambahan tentang merek dagang ST, silakan merujuk ke www.st.com/merek dagangSemua nama produk atau layanan lainnya adalah milik pemiliknya masing-masing.
Informasi dalam dokumen ini menggantikan dan mengganti informasi yang sebelumnya diberikan dalam versi dokumen ini sebelumnya.
© 2021 STMicroelectronics – Semua hak dilindungi undang-undang
Dokumen / Sumber Daya
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Pengontrol BLDC Lanjutan dengan Papan Evaluasi MCU STM32 Tertanam [Bahasa Indonesia:] Panduan Pengguna UM2154, STEVAL-SPIN3201 Pengontrol BLDC Lanjutan dengan Papan Evaluasi MCU STM32 Tertanam |
