UM2154 STEVAL-SPIN3201 Advanced BLDC Controller karo Papan Evaluasi MCU STM32 Tertanam Manual pangguna

urip.janjian
UM2154

Manual pangguna

STEVE-SPIN3201: pengontrol BLDC canggih kanthi papan evaluasi MCU STM32 sing dipasang

Isine ndhelikake

1 Pambuka

2 Persyaratan hardware lan piranti lunak

3 Miwiti

4 Katrangan lan konfigurasi hardware

5 Katrangan sirkuit

6 Riwayat revisi

7 Dokumen / Sumber Daya

7.1 Referensi

8 Kiriman sing gegandhengan

Pambuka

Papan STEVAL-SPIN3201 minangka papan driver motor DC tanpa sikat 3 fase adhedhasar STSPIN32F0, pengontrol fase 3 kanthi MCU STM32 terintegrasi, lan ngetrapake resistor 3-shunt minangka topologi maca saiki.
Nyedhiyakake solusi sing gampang digunakake kanggo evaluasi piranti ing macem-macem aplikasi kayata piranti omah, penggemar, drone, lan alat listrik.
Papan kasebut dirancang kanggo algoritma kontrol berorientasi lapangan kanthi sensor utawa tanpa sensor kanthi sensor 3-shunt.

Gambar 1. Papan evaluasi STEVE-SPIN3201

Persyaratan hardware lan piranti lunak

Nggunakake papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 mbutuhake piranti lunak lan hardware ing ngisor iki:

A Windows ® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) kanggo nginstal paket piranti lunak
Kabel USB mini-B kanggo nyambungake papan STEVAL-SPIN3201 menyang PC

Kit Pengembangan Perangkat Lunak Kontrol Motor STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
Motor DC tanpa sikat 3 fase kanthi vol sing kompatibeltage lan ratings saiki

Sumber daya DC eksternal.

Miwiti

Rating maksimum papan kasebut yaiku:

Daya stage pasokan voltage (VS) saka 8 V nganti 45 V
Arus fase motor nganti 15 Arms

Kanggo miwiti proyek sampeyan nganggo papan:

Langkah 1. Priksa posisi jumper miturut konfigurasi target (pirsani Bagean 4.3 Deteksi arus luwih
Langkah 2. Sambungake motor menyang konektor J3 njupuk care saka urutan fase motor.
Langkah 3. Nyedhiyakake papan liwat input 1 lan 2 konektor J2. LED DL1 (abang) bakal urip.
Langkah 4. Gawe aplikasi sampeyan nggunakake Kit Pengembangan Perangkat Lunak Kontrol Motor STM32 Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).

Katrangan lan konfigurasi hardware

Gambar 2. Komponen utama lan posisi konektor nuduhake posisi komponen utama lan konektor ing Papan.
Gambar 2. Komponen utama lan posisi konektor

Tabel 1. Jumper setelan hardware nyedhiyakake pinout sing rinci babagan konektor.
Tabel 1. Jumper setelan hardware

Jumper	Konfigurasi sing diidini	Kondisi standar
JP1	Pilihan saka VREG disambungake menyang V motor	BUKA
JP2	Sumber daya motor pilihan disambungake menyang sumber daya DC	DITUTUP
JP3	Pasokan encoder Hall Pilihan menyang sumber daya USB (1) / VDD (3).	1 – 2 DITUTUP
JP4	Reset pilihan saka ST-LINK (U4)	BUKA
JP5	Pilihan PA2 disambungake menyang Hall 3	DITUTUP
JP6	Pilihan PA1 disambungake menyang Hall 2	DITUTUP
JP7	Pilihan PA0 disambungake menyang Hall 1	DITUTUP

Tabel 2. Konektor, jumper, lan katrangan titik tes liyane

jeneng	Pin	Label	Katrangan
J1	1 – 2	J1	sumber daya motor
J2	1 – 2	J2	Sumber daya utama piranti (VM)
J3	1 – 2 – 3	U, V, W	Koneksi fase motor BLDC 3 fase
J4	1 – 2 – 3	J4	Konektor sensor Hall/enkoder
J4	4 – 5	J4	Sensor Hall / pasokan encoder
J5	–	J5	USB input ST-LINK
J6	1	3V3	sumber daya ST-LINK
	2	CLK	SWCLK saka ST-LINK
	3	GND	GND
	4	DIO	SWIDIO saka ST-LINK
J7	1 – 2	J7	CART
J8	1 – 2	J8	ST-LINK reset
TP1	–	GREG	12 v jrotage output regulator
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	KECEPATAN	Output potensiometer kacepetan
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (Op-amp rasa 1)
TP6	–	V-BUS	Umpan balik VBus
TP7	–	OUT_U	Output U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (Op-amp rasa 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (Op-amp rasa 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	OUT_V	Output V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	Output W
TP14	–	3V3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	USB voltage
TP16	–	Aku/O	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

Katrangan sirkuit

STEVAL-SPIN3201 nyedhiyakake solusi FOC 3-shunt lengkap sing kasusun saka STSPIN32F0 - pengontrol BLDC canggih kanthi STM32 MCU sing dipasang - lan daya setengah jembatan telung s.tage karo NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 kanthi otomatis ngasilake kabeh sumber voltages: konverter DC / DC buck internal nyedhiyakake 3V3 lan regulator linear internal nyedhiyakake 12 V kanggo pembalap gerbang.
Kondisi sinyal umpan balik saiki ditindakake liwat telung operasional amplifiers ditempelake menyang piranti lan komparator internal nindakake pangayoman overcurrent saka resistor shunt.
Loro tombol pangguna, loro LED, lan trimmer kasedhiya kanggo ngleksanakake antarmuka panganggo sing prasaja (contone, miwiti / mungkasi motor lan nyetel kacepetan target).
Papan STEVAL-SPIN3201 ndhukung quadrature encoder lan sensor Hall digital minangka umpan balik posisi motor.
Papan kasebut kalebu ST-LINK-V2 sing ngidini pangguna kanggo debug lan download perangkat kukuh tanpa piranti hardware tambahan.

4.1 Hall / encoder sensor kacepetan motor
Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 ndhukung Hall digital lan sensor encoder quadrature minangka umpan balik posisi motor.
Sensor bisa disambungake menyang STSPIN32F0 liwat konektor J4 kadhaptar ing

Tabel 3. konektor Hall / encoder (J4).

jeneng	Pin	Katrangan
Hall1/A+	1	Sensor Hall 1/enkoder metu A+
Hall2/B+	2	Sensor Hall 2/enkoder metu B+
Hall3/Z+	3	Sensor Hall 3 / encoder nol umpan balik
Sensor VDD Kab	4	Sumber sensor voltage
GND	5	lemah

Resistor seri proteksi 1 kΩ dipasang ing seri karo output sensor.
Kanggo sensor sing mbutuhake pull-up eksternal, telung resistor 10 kΩ wis dipasang ing garis output lan disambungake menyang VDD vol.tage. Ing baris sing padha, jejak kanggo resistor pull-mudhun uga kasedhiya.

Jumper JP3 milih sumber daya kanggo sumber sensor voltage:

Jumper antarane pin 1 - pin 2: Sensor Hall sing didhukung dening VUSB (5 V)

Jumper antarane pin 1 - pin 2: Sensor Hall powered by VDD (3.3 V)
Pangguna bisa medhot output sensor saka jumper pambuka MCU GPIO JP5, JP6, lan JP7.

4.2 Sensasi saiki

Ing papan STEVAL-SPIN3201, kahanan sinyal sensing saiki ditindakake liwat telung operasi amplifiers ditempelake menyang piranti STSPIN32F0.
Ing aplikasi FOC khas, arus ing telung setengah jembatan dirasakake nggunakake resistor shunt ing sumber saben saklar daya sisih kurang. Pangertèn voltagSinyal e diwenehake menyang konverter analog-kanggo-digital kanggo nindakake pitungan matriks sing ana gandhengane karo teknik kontrol tartamtu. Sing sinyal raos biasane pindah lan ampdisedhiyakake dening op-amps kanggo ngeksploitasi macem-macem lengkap ADC (waca Gambar 3. Skema sensing saiki example).

Gambar 3. Skema sensing saiki example

Sinyal raos kudu dipindhah lan dipusatake ing VDD / 2 voltage (bab 1.65 V) lan ampliified maneh kang menehi cocog antarane Nilai maksimum sinyal sensed lan sawetara ukuran lengkap saka ADC.
Voltage ngalih stage pirso atenuasi (1 / Gp) sinyal saran kang, bebarengan karo gain saka konfigurasi non-inverting (Gn, tetep dening Rn lan Rf), nyumbang kanggo gain sakabèhé (G). Kaya sing wis kasebut, tujuane kanggo netepake sakabèhé ampgain jaringan lifikasi (G) supaya voltage ing resistor shunt sing cocog karo arus maksimum sing diidini (Nilai puncak ISmax saka arus sing dirating motor) cocog karo kisaran voltagbisa diwaca dening ADC.

Cathetan sing, yen G wis tetep, iku luwih apik kanggo ngatur dening Mudhunake atenuasi dhisikan 1 / Gp okehe lan, mulane gain Gn. Iki penting ora mung kanggo nggedhekake sinyal kanthi rasio gangguan nanging uga kanggo nyuda efek saka op-amp offset intrinsik ing output (proporsional karo Gn).

Keuntungan lan polarisasi voltage (VOPout, pol) nemtokake sawetara operasi sirkuit sensing saiki:

ngendi:

IS- = arus sumber maksimum
IS + = arus sunk maksimum sing bisa dirasakake dening sirkuit.

Tabel 4. STEVE-SPIN3201 op-amps jaringan polarisasi

Paramèter	Referensi bagean	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	NM
G	–	7.74	7.70
VOPout, pol	–	1.74 V	1.65 V

4.3 Deteksi arus luwih

Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 ngetrapake proteksi arus liwat adhedhasar komparator OC terintegrasi STSPIN32F0. Resistor shunt ngukur arus beban saben fase. Resistor R50, R51, lan R52 nggawa voltage sinyal gadhah saben mbukak saiki kanggo OC_COMP pin. Nalika arus puncak sing mili ing salah siji saka telung fase ngluwihi batesan sing dipilih, komparator terpadu micu lan kabeh ngalih daya sisih dhuwur dipateni. Ngalih daya sisih dhuwur diaktifake maneh nalika arus mudhun ing ngisor ambang, saéngga ngetrapake proteksi arus luwih.
Ambang saiki kanggo papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 kadhaptar ing

Tabel 5. Ambang overcurrent.

PF6	PF7	Komponèn internal batesan	ambang OC
0	1	100 mV	20 A
1	0	250 mV	65 A
1	1	500 mV	140 A

Batesan kasebut bisa diowahi kanthi ngganti resistor bias R43. Disaranake milih R43 sing luwih dhuwur tinimbang 30 kΩ. Kanggo ngetung nilai R43 kanggo watesan saiki target IOC, rumus ing ngisor iki bisa digunakake:

ngendi OC_COMPth punika voltage batesan saka komparator internal (dipilih dening PF6 lan PF7), lan VDD punika 3.3 V digital sumber voltage diwenehake dening DCDC buck converter internal.
Mbusak R43, rumus ambang saiki disederhanakake kaya ing ngisor iki:

4.4 Bus voltage sirkuit

Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 nyedhiyakake bus voltage sensing. Sinyal iki dikirim liwat voltage divider saka sumber motor voltage (VBUS) (R10 lan R16) lan dikirim menyang PB1 GPIO (saluran 9 saka ADC) saka MCU ditempelake. Sinyal uga kasedhiya ing TP6.

4.5 Antarmuka pangguna hardware

Papan kasebut kalebu item antarmuka pangguna hardware ing ngisor iki:

Potensiometer R6: nyetel kacepetan target, contoneample
Ngalih SW1: ngreset STSPIN32F0 MCU lan ST-LINK V2

Ngalih SW2: tombol pangguna 1
Ngalih SW3: tombol pangguna 2
LED DL3: LED pangguna 1 (uga urip nalika tombol pangguna 1 ditekan)

LED DL4: LED pangguna 2 (uga urip nalika tombol pangguna 2 ditekan)

4.6 Debug

Papan evaluasi STEVAL-SPIN3201 ngemot ST-LINK/V2-1 debugger/programmer. Fitur sing didhukung ing ST-LINK yaiku:

USB software re-enumeration
Antarmuka port com virtual ing USB sing disambungake menyang pin PB6/PB7 saka STSPIN32F0 (UART1)
Antarmuka panyimpenan massal ing USB
Sumber daya kanggo ST-LINK diwenehake dening PC inang liwat kabel USB disambungake menyang J5.
LED LD2 nyedhiyakake informasi status komunikasi ST-LINK:

LED abang sumunar alon-alon: urip sadurunge wiwitan USB
LED abang cepet sumunar: sawise komunikasi sing bener pisanan antarane PC lan ST-LINK/V2-1 (enumerasi)
Red LED ON: initialization antarane PC lan ST-LINK / V2-1 wis rampung

Green LED ON: sukses komunikasi target initialization
Kelip-kelip LED abang/ijo: sajrone komunikasi karo target
Green ON: komunikasi rampung lan sukses
Fungsi reset wis pedhot saka ST-LINK dening njabut jumper J8.

Riwayat revisi

Tabel 6. Riwayat revisi dokumen

Tanggal	Revisi	Owah-owahan
12-Desember-20161	1	Rilis wiwitan.
23-November-2017	2	Ditambahake Bagean 4.2: Sensasi saiki ing kaca 7.
27-Feb-2018	3	Modifikasi cilik ing saindhenging dokumen.
18-Agustus-2021	4	Koreksi cithakan cilik.

STMicroelectronics NV lan anak perusahaan ("ST") nduweni hak kanggo nggawe owahan, koreksi, dandan, modifikasi, lan dandan kanggo produk ST lan / utawa dokumen iki sawayah-wayah tanpa kabar. Para panuku kudu entuk informasi paling anyar babagan produk ST sadurunge nggawe pesenan. Produk ST didol miturut syarat lan katemtuan adol ST nalika diakoni pesenan. Para panuku mung tanggung jawab kanggo milih, milih, lan nggunakake produk ST lan ST ora tanggung jawab kanggo pitulung aplikasi utawa desain produk Pembeli.

PEMBERITAHU PENTING - PUNCEN BACA KENE

Ora ana lisensi, nyata utawa diwenehake, kanggo hak properti intelektual sing diwenehake dening ST ing kene.
Adol maneh produk ST kanthi pranata sing beda karo informasi sing kasebut ing kene bakal ngilangi garansi sing diwenehake dening ST kanggo produk kasebut.
ST lan logo ST minangka merek dagang ST. Kanggo informasi tambahan babagan merek dagang ST, waca www.st.com/trademarks. Kabeh jeneng produk utawa layanan liyane minangka properti sing nduweni.
Informasi ing dokumen iki ngganti lan ngganti informasi sing diwenehake sadurunge ing versi sadurunge dokumen iki.