삶의.증가
UM2154
사용자 설명서
STEVE-SPIN3201: STM32 MCU 평가 보드가 내장된 고급 BLDC 컨트롤러
소개
STEVAL-SPIN3201 기판은 STM3 MCU가 통합된 32상 컨트롤러인 STSPIN0F3을 기반으로 하는 32상 브러시리스 DC 모터 드라이버 기판이며 3 션트 저항기를 전류 판독 토폴로지로 구현합니다.
가전 제품, 팬, 드론 및 전동 공구와 같은 다양한 애플리케이션에서 장치 평가를 위한 사용하기 쉬운 솔루션을 제공합니다.
이 보드는 3 션트 감지 기능이 있는 센서 또는 센서가 없는 필드 지향 제어 알고리즘을 위해 설계되었습니다.
그림 1. STEVE-SPIN3201 평가 보드
하드웨어 및 소프트웨어 요구 사항
STEVAL-SPIN3201 평가 보드를 사용하려면 다음 소프트웨어 및 하드웨어가 필요합니다.
- 소프트웨어 패키지를 설치하기 위한 Windows ® PC(XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10)
- STEVAL-SPIN3201 보드를 PC에 연결하기 위한 mini-B USB 케이블
- STM32 모터 제어 소프트웨어 개발 키트 Rev Y(X-CUBE-MCSDK-Y)
- 호환되는 3상 브러시리스 DC 모터tag전자 및 현재 등급
- 외부 DC 전원 공급 장치.
시작하기
보드의 최대 등급은 다음과 같습니다.
- 힘 stag전자 공급량tage(VS) 8V ~ 45V
- 최대 15 Arms의 모터 위상 전류
보드로 프로젝트를 시작하려면:
단계 1. 타겟 구성에 따른 점퍼 위치 확인 (섹션 4.3 과전류 감지 참조
단계 2. 모터 위상의 순서를 고려하여 커넥터 J3에 모터를 연결합니다.
단계 3. 커넥터 J1의 입력 2과 2를 통해 보드를 공급합니다. DL1(빨간색) LED가 켜집니다.
단계 4. STM32 모터 제어 소프트웨어 개발 키트 Rev Y를 사용하여 애플리케이션 개발 (X-CUBEMCSDK-Y).
하드웨어 설명 및 구성
수치 2. 주요 부품 및 커넥터의 위치는 보드에서 주요 부품 및 커넥터의 위치를 나타냅니다.
수치 2. 주요 구성 요소 및 커넥터 위치
표 1. 하드웨어 설정 점퍼는 커넥터의 자세한 핀아웃을 제공합니다.
표 1. 하드웨어 설정 점퍼
| 점퍼 | 허용된 구성 | 기본 조건 |
| JP1 | V 모터에 연결된 VREG 선택 | 열려 있는 |
| JP2 | DC 전원 공급 장치에 연결된 선택 모터 전원 공급 장치 | 닫은 |
| JP3 | USB(1) / VDD(3) 전원 공급 장치에 홀 인코더 공급 선택 | 1 – 2 닫힘 |
| JP4 | ST-LINK(U4) 선택 리셋 | 열려 있는 |
| JP5 | Hall 2에 연결된 선택 PA3 | 닫은 |
| JP6 | Hall 1에 연결된 선택 PA2 | 닫은 |
| JP7 | Hall 0에 연결된 선택 PA1 | 닫은 |
표 2. 기타 커넥터, 점퍼 및 테스트 포인트 설명
|
이름 |
핀 | 상표 |
설명 |
| J1 | 1 – 2 | J1 | 모터 전원 |
| J2 | 1 – 2 | J2 | 장치 주 전원 공급 장치(VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | 유, V, 승 | 3상 BLDC 모터 상 결선 |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | 홀/인코더 센서 커넥터 |
| 4 – 5 | J4 | 홀 센서/인코더 공급 | |
| J5 | – | J5 | USB 입력 ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK 전원 공급 장치 |
| 2 | 클락 | ST-LINK의 SWCLK | |
| 3 | 접지 | 접지 | |
| 4 | 디오 | ST-LINK의 SWDIO | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | 카트 |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK 리셋 |
| TP1 | – | 그렉 | 12V 볼륨tag전자 레귤레이터 출력 |
| TP2 | – | 접지 | 접지 |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | 속도 | 속도 전위차계 출력 |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO(출력 연산amp 센스 1) |
| TP6 | – | V-버스 | VBus 피드백 |
| TP7 | – | OUT_U | 출력 U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO(출력 연산amp 센스 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO(출력 연산amp 센스 3) |
| TP10 | – | 접지 | 접지 |
| TP11 | – | OUT_V | 출력 V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | 출력 W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-링크 |
| TP15 | – | 5V | USB 볼륨tage |
| TP16 | – | 입출력 | SWD_IO |
| TP17 | – | 클락 | SWD_CLK |
회로 설명
STEVAL-SPIN3201은 STSPIN3F32(임베디드 STM0 MCU가 있는 고급 BLDC 컨트롤러) 및 트리플 하프 브리지 전원으로 구성된 완전한 32 션트 FOC 솔루션을 제공합니다.tage NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0은 필요한 모든 공급 볼륨을 자동으로 생성합니다.tages: 내부 DC/DC 벅 컨버터는 3V3을 제공하고 내부 선형 레귤레이터는 게이트 드라이버에 12V를 제공합니다.
전류 피드백 신호 컨디셔닝은 세 가지 작동 방식을 통해 수행됩니다. amp장치에 내장된 liifier와 내부 비교기는 분로 저항기로부터 과전류 보호를 수행합니다.
XNUMX개의 사용자 버튼, XNUMX개의 LED 및 트리머를 사용하여 간단한 사용자 인터페이스(예: 모터 시작/정지 및 목표 속도 설정)를 구현할 수 있습니다.
STEVAL-SPIN3201 보드는 모터 위치 피드백으로 쿼드러처 인코더와 디지털 홀 센서를 지원합니다.
보드에는 사용자가 추가 하드웨어 도구 없이 펌웨어를 디버그하고 다운로드할 수 있는 ST-LINK-V2가 포함되어 있습니다.
4.1 홀/인코더 모터 속도 센서
STEVAL-SPIN3201 평가 기판은 모터 위치 피드백으로 디지털 홀 및 구적 인코더 센서를 지원합니다.
센서는 J32 커넥터를 통해 STSPIN0F4에 연결할 수 있습니다.
표 3. 홀/인코더 커넥터(J4).
| 이름 | 핀 | 설명 |
| 홀1/A+ | 1 | 홀 센서 1/인코더 출력 A+ |
| 홀2/B+ | 2 | 홀 센서 2/인코더 출력 B+ |
| 홀3/Z+ | 3 | 홀 센서 3/엔코더 제로 피드백 |
| VDD 센서 | 4 | 센서 공급량tage |
| 접지 | 5 | 지면 |
1k의 보호 직렬 저항Ω 센서 출력과 직렬로 장착됩니다.
외부 풀업이 필요한 센서의 경우 10개의 XNUMXkΩ 저항이 이미 출력 라인에 장착되어 있고 VDD vol에 연결되어 있습니다.tag이자형. 같은 라인에서 풀다운 저항을 위한 풋프린트도 사용할 수 있습니다.
점퍼 JP3은 센서 공급 장치용 전원 공급 장치를 선택합니다.tage:
- 핀 1 – 핀 2 사이의 점퍼: VUSB(5V)로 전원이 공급되는 홀 센서
- 핀 1 – 핀 2 사이의 점퍼: VDD(3.3V)로 전원이 공급되는 홀 센서
사용자는 MCU GPIO 개방 점퍼 JP5, JP6 및 JP7에서 센서 출력을 분리할 수 있습니다.
4.2 전류 감지
STEVAL-SPIN3201 보드에서 전류 감지 신호 컨디셔닝은 세 가지 작동 방식을 통해 수행됩니다. ampSTSPIN32F0 장치에 내장된 liifier.
일반적인 FOC 애플리케이션에서 XNUMX개의 하프 브리지의 전류는 각 로우 사이드 전원 스위치의 소스에 있는 션트 저항을 사용하여 감지됩니다. 센스볼tage 신호는 특정 제어 기술과 관련된 행렬 계산을 수행하기 위해 아날로그-디지털 변환기에 제공됩니다. 이러한 감지 신호는 일반적으로 이동되고 amp전용 op-amps ADC의 전체 범위를 활용하기 위해 (그림 3 참조. 전류 감지 방식 examp르).
그림 3. 전류 감지 방식 example
감지 신호는 VDD/2 vol을 중심으로 이동하고 이동해야 합니다.tage(약 1.65V) 및 amp감지된 신호의 최대값과 ADC의 전체 범위 사이의 일치를 제공하는 다시 liled.
권tag전자 이동 stage는 비반전 구성(Gn, Rn 및 Rf로 고정)의 이득과 함께 피드백 신호의 감쇠(1/Gp)를 도입하여 전체 이득(G)에 기여합니다. 이미 언급했듯이 목표는 전반적인 amplification 네트워크 이득(G)tage 최대 모터 허용 전류(모터 정격 전류의 ISmax 피크 값)에 해당하는 션트 저항의 범위는 voltagADC에서 읽을 수 있습니다.
메모 즉, 일단 G가 고정되면 초기 감쇠 1/Gp를 최대한 낮추고 따라서 게인 Gn을 낮추어 구성하는 것이 좋습니다. 이것은 잡음비로 신호를 최대화할 뿐만 아니라 연산의 영향을 줄이는 데에도 중요합니다.amp 출력의 고유 오프셋(Gn에 비례).
이득 및 편광 voltage(VOPout, pol)는 전류 감지 회로의 작동 범위를 결정합니다.
어디:
- IS- = 최대 소싱 전류
- IS+ = 회로에서 감지할 수 있는 최대 매몰 전류.
표 4. STEVE-SPIN3201 연산amps 편광 네트워크
|
매개변수 |
부품 참조 | 개정판 1 |
개정판 3 |
| Rp | R14, R24, R33 | 560Ω | 1.78kΩ |
| Ra | R12, R20, R29 | 8.2kΩ | 27.4kΩ |
| Rb | R15, R25, R34 | 560Ω | 27.4kΩ |
| Rn | R13, R21, R30 | 1kΩ | 1.78kΩ |
| Rf | R9, R19, R28 | 15kΩ | 13.7kΩ |
| Cf | C15, C19, C20 | 100pF | 뉴멕시코 |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOPout, 폴 | – | 1.74V(XNUMXV) | 1.65V(XNUMXV) |
4.3 과전류 감지
STEVAL-SPIN3201 평가 기판은 STSPIN32F0 통합 OC 비교기를 기반으로 과전류 보호를 구현합니다. 션트 저항기는 각 상의 부하 전류를 측정합니다. 저항 R50, R51 및 R52는 vol을 가져옵니다.tage OC_COMP 핀에 대한 각 부하 전류와 관련된 신호. XNUMX상 중 하나에 흐르는 피크 전류가 선택된 임계값을 초과하면 통합 비교기가 트리거되고 모든 하이 사이드 전원 스위치가 비활성화됩니다. 전류가 임계값 아래로 떨어지면 하이 사이드 전원 스위치가 다시 활성화되어 과전류 보호를 구현합니다.
STEVAL-SPIN3201 평가 보드의 현재 임계값은 다음 목록에 나와 있습니다.
표 5. 과전류 임계값.
| 피에프6 | 피에프7 | 내부 비교 한계점 | OC 임계값 |
| 0 | 1 | 100 mV | 20아 |
| 1 | 0 | 250 mV | 65아 |
| 1 | 1 | 500 mV | 140아 |
이러한 임계값은 R43 바이어스 저항을 변경하여 수정할 수 있습니다. 43kΩ보다 높은 R30을 선택하는 것이 좋습니다. 목표 전류 제한 IOC에 대한 R43 값을 계산하기 위해 다음 공식을 사용할 수 있습니다.
여기서 OC_COMPth는 볼륨입니다.tage 내부 비교기의 임계값(PF6 및 PF7에서 선택), VDD는 3.3V 디지털 전원 voltage 내부 DCDC 벅 컨버터에서 제공합니다.
R43을 제거하면 현재 임계값 공식이 다음과 같이 단순화됩니다.
4.4 버스 볼륨tag전자 회로
STEVAL-SPIN3201 평가 보드는 버스 볼륨을 제공합니다.tag전자 감지. 이 신호는 voltag모터 공급 볼륨의 전자 분배기tage(VBUS)(R10 및 R16) 및 임베디드 MCU의 PB1 GPIO(ADC의 채널 9)로 전송됩니다. 신호는 TP6에서도 사용할 수 있습니다.
4.5 하드웨어 사용자 인터페이스
보드에는 다음 하드웨어 사용자 인터페이스 항목이 포함되어 있습니다.
- 전위차계 R6: 예를 들어 목표 속도를 설정합니다.ample
- 스위치 SW1: STSPIN32F0 MCU 및 ST-LINK V2 재설정
- 스위치 SW2: 사용자 버튼 1
- 스위치 SW3: 사용자 버튼 2
- LED DL3: 사용자 LED 1(사용자 1 버튼을 눌러도 켜짐)
- LED DL4: 사용자 LED 2(사용자 2 버튼을 눌러도 켜짐)
4.6 디버그
STEVAL-SPIN3201 평가 보드에는 ST-LINK/V2-1 디버거/프로그래머가 내장되어 있습니다. ST-LINK에서 지원하는 기능은 다음과 같습니다.
- USB 소프트웨어 다시 열거
- STSPIN6F7(UART32)의 PB0/PB1 핀에 연결된 USB의 가상 통신 포트 인터페이스
- USB의 대용량 저장 인터페이스
ST-LINK의 전원은 J5에 연결된 USB 케이블을 통해 호스트 PC에서 제공됩니다.
LED LD2는 ST-LINK 통신 상태 정보를 제공합니다. - 빨간색 LED가 느리게 깜박임: USB 초기화 전 전원 켜기 시
- 빨간색 LED가 빠르게 깜박임: PC와 ST-LINK/V2-1 사이의 첫 번째 올바른 통신 이후(열거)
- 빨간색 LED 켜짐: PC와 ST-LINK/V2-1 간의 초기화 완료
- 녹색 LED 켜짐: 성공적인 대상 통신 초기화
- 빨간색/녹색 LED 깜박임: 대상과 통신 중
- 녹색 켜짐: 통신 완료 및 성공
리셋 기능은 점퍼 J8을 제거하여 ST-LINK에서 분리됩니다.
개정 내역
표 6. 문서 개정 내역
| 날짜 | 개정 | 변화 |
| 12-20161-XNUMX | 1 | 최초 출시. |
| 23년 2017월 XNUMX일 | 2 | 4.2페이지의 섹션 7: 전류 감지를 추가했습니다. |
| 27-2018-XNUMX | 3 | 문서 전체에 걸쳐 사소한 수정. |
| 18-2021월-XNUMX | 4 | 사소한 템플릿 수정. |
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