gyvenimas.įvertino
UM2154
Vartotojo vadovas
STEVE-SPIN3201: pažangus BLDC valdiklis su įterpta STM32 MCU vertinimo plokšte
Įvadas
Plokštė STEVAL-SPIN3201 yra 3 fazių bešepetė nuolatinės srovės variklio tvarkyklės plokštė, pagrįsta STSPIN32F0, 3 fazių valdiklis su integruotu STM32 MCU, ir kaip srovės nuskaitymo topologiją įgyvendina 3 šuntų rezistorius.
Tai yra paprastas naudoti sprendimas, skirtas įvertinti įrenginį įvairiose srityse, pvz., buitinės technikos, ventiliatorių, dronų ir elektrinių įrankių.
Plokštė skirta jutikliniam arba be jutiklio lauko orientuotam valdymo algoritmui su 3 šuntų jutimu.
1 pav. STEVE-SPIN3201 vertinimo lenta
Aparatinės ir programinės įrangos reikalavimai
Norint naudoti STEVAL-SPIN3201 vertinimo plokštę, reikalinga ši programinė ir techninė įranga:
- Windows ® kompiuteris (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) programinės įrangos paketui įdiegti
- Mini-B USB laidas STEVAL-SPIN3201 plokštei prijungti prie kompiuterio
- STM32 variklio valdymo programinės įrangos kūrimo rinkinys Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 3 fazių bešepetėlis nuolatinės srovės variklis su suderinamu ttage ir dabartiniai reitingai
- Išorinis nuolatinės srovės maitinimo šaltinis.
Darbo pradžia
Didžiausi lentos reitingai yra šie:
- Galia stage tiekimo ttage (VS) nuo 8 V iki 45 V
- Variklio fazinė srovė iki 15 ginklų
Norėdami pradėti savo projektą su lenta:
Žingsnis 1. Patikrinkite trumpiklio padėtį pagal tikslinę konfigūraciją (žr. skyrių 4.3 Viršsrovių aptikimas
Žingsnis 2. Prijunkite variklį prie jungties J3, pasirūpindami variklio fazių seka.
Žingsnis 3. Tiekti plokštę per jungties J1 2 ir 2 įėjimus. DL1 (raudonas) šviesos diodas užsidegs.
Žingsnis 4. Sukurkite programą naudodami STM32 variklio valdymo programinės įrangos kūrimo rinkinį, Y versiją (X-CUBEMCSDK-Y).
Techninės įrangos aprašymas ir konfigūracija
Paveikslas 2. Pagrindinių komponentų ir jungčių padėtis rodo pagrindinių komponentų ir jungčių padėtį plokštėje.
Paveikslas 2. Pagrindinių komponentų ir jungčių padėtis
1 lentelė. Aparatūros nustatymo trumpikliai suteikia išsamų jungčių kontaktą.
1 lentelė. Aparatūros nustatymo džemperiai
| Džemperis | Leidžiamos konfigūracijos | Numatytoji būsena |
| JP1 | VREG, prijungto prie V variklio, pasirinkimas | ATIDARYTI |
| JP2 | Variklio maitinimo šaltinio pasirinkimas, prijungtas prie nuolatinės srovės maitinimo šaltinio | UŽDARYTA |
| JP3 | Selection Hall kodavimo įrenginio maitinimas į USB (1) / VDD (3) maitinimo šaltinį | 1 – 2 UŽDARYTA |
| JP4 | ST-LINK (U4) pasirinkimas iš naujo | ATIDARYTI |
| JP5 | Pasirinkimas PA2 prijungtas prie 3 salės | UŽDARYTA |
| JP6 | Pasirinkimas PA1 prijungtas prie 2 salės | UŽDARYTA |
| JP7 | Pasirinkimas PA0 prijungtas prie 1 salės | UŽDARYTA |
2 lentelė. Kitų jungčių, trumpiklio ir bandymo taškų aprašymas
|
Vardas |
Smeigtukas | Etiketė |
Aprašymas |
| J1 | 1-2 | J1 | Variklio maitinimo šaltinis |
| J2 | 1-2 | J2 | Pagrindinis įrenginio maitinimo šaltinis (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3-XNUMX-XNUMX | U, V, W | 3 fazių BLDC variklio fazių jungtis |
| J4 | 1 – 2 – 3-XNUMX-XNUMX | J4 | Hall / kodavimo jutiklių jungtis |
| 4-5 | J4 | Holo jutiklių/kodavimo įrangos tiekimas | |
| J5 | – | J5 | USB įvestis ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK maitinimo šaltinis |
| 2 | CLK | ST-LINK SWCLK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | ST-LINK SWDIO | |
| J7 | 1-2 | J7 | KREPŠELIS |
| J8 | 1-2 | J8 | ST-LINK atstatymas |
| TP1 | – | GREGAS | 12 V ttage reguliatoriaus išėjimas |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | GREITIS | Greičio potenciometro išėjimas |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (išvestiesamp prasmė 1) |
| TP6 | – | V-BUUSAS | VBus atsiliepimai |
| TP7 | – | OUT_U | Išėjimas U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (išvestiesamp prasmė 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (išvestiesamp prasmė 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Išėjimas V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Išėjimas W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB ttage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Grandinių aprašymas
STEVAL-SPIN3201 siūlo pilną 3 šuntų FOC sprendimą, sudarytą iš STSPIN32F0 – pažangaus BLDC valdiklio su įterptu STM32 MCU – ir trigubo pusės tilto galios.tage su NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 autonomiškai generuoja visą reikalingą tiekimątages: vidinis DC/DC buck keitiklis suteikia 3V3, o vidinis linijinis reguliatorius – 12 V vartų pavaroms.
Srovės grįžtamojo ryšio signalo kondicionavimas atliekamas per tris operacinius ampįrenginyje įtaisyti keltuvai ir vidinis lygintuvas atlieka apsaugą nuo viršsrovių nuo šunto rezistorių.
Yra du vartotojo mygtukai, du šviesos diodai ir žoliapjovė, kad būtų galima įdiegti paprastas vartotojo sąsajas (pvz., paleisti / sustabdyti variklį ir nustatyti tikslinį greitį).
STEVAL-SPIN3201 plokštė palaiko kvadratūros kodavimo įrenginį ir skaitmeninius Hall jutiklius kaip variklio padėties grįžtamąjį ryšį.
Plokštėje yra ST-LINK-V2, leidžiantis vartotojui derinti ir atsisiųsti programinę-aparatinę įrangą be jokio papildomo aparatūros įrankio.
4.1 Hall / kodavimo variklio greičio jutiklis
STEVAL-SPIN3201 vertinimo plokštė palaiko skaitmeninius Hall ir kvadratinio kodavimo jutiklius kaip variklio padėties grįžtamąjį ryšį.
Jutikliai gali būti prijungti prie STSPIN32F0 per J4 jungtį, nurodytą
3 lentelė. Hall/kodavimo jungtis (J4).
| Vardas | Smeigtukas | Aprašymas |
| Salė1/A+ | 1 | Holo jutiklis 1 / kodavimo išvestis A+ |
| Salė2/B+ | 2 | Holo jutiklis 2 / kodavimo išėjimas B+ |
| Salė3/Z+ | 3 | Holo jutiklis 3 / kodavimo įrenginio nulis grįžtamasis ryšys |
| VDD jutiklis | 4 | Jutiklio tiekimas ttage |
| GND | 5 | Žemė |
Apsauginis serijos rezistorius 1 kΩ yra sumontuotas serijoje su jutiklių išėjimais.
Jutikliams, kuriems reikalingas išorinis ištraukimas, trys 10 kΩ rezistoriai jau sumontuoti ant išvesties linijų ir prijungti prie VDD vol.tage. Tose pačiose linijose taip pat galima rasti ištraukiamųjų rezistorių pėdsaką.
Jungiklis JP3 parenka maitinimo šaltinį jutiklio maitinimo tūriuitage:
- Jungiklis tarp 1 kaiščio – 2 kaiščio: Holo jutikliai maitinami VUSB (5 V)
- Jungiklis tarp 1 kaiščio – 2 kaiščio: Holo jutikliai maitinami VDD (3.3 V)
Vartotojas gali atjungti jutiklių išėjimus nuo MCU GPIO atidarymo trumpiklių JP5, JP6 ir JP7.
4.2 Srovės jutimas
STEVAL-SPIN3201 plokštėje srovės jutimo signalo kondicionavimas atliekamas per tris ampkeltuvai, įterpti į STSPIN32F0 įrenginį.
Įprastoje FOC programoje srovės trijuose pustiltuose yra apčiuopiamos naudojant šunto rezistorių, esantį kiekvieno žemos pusės maitinimo jungiklio šaltinyje. Jausmas ttage signalai pateikiami į analoginį-skaitmeninį keitiklį, kad būtų galima atlikti matricos skaičiavimą, susijusį su tam tikra valdymo technika. Tie jutimo signalai dažniausiai pasislenka ir ampprižiūrėjo tam skirta operacinėamps, kad būtų galima išnaudoti visą ADC diapazoną (žr. 3 pav. Srovės jutimo schema, pvz.ample).
3 pav. Srovės jutimo schema pvzample
Jutimo signalai turi būti perkelti ir sutelkti į VDD/2 voltage (apie 1.65 V) ir ampdar kartą parenkamas, o tai užtikrina didžiausios apčiuopiamo signalo vertės ir viso ADC diapazono atitikimą.
Ttage perjungimas stage įveda grįžtamojo ryšio signalo slopinimą (1/Gp), kuris kartu su neinvertuojančios konfigūracijos stiprėjimu (Gn, fiksuotas Rn ir Rf), prisideda prie bendro stiprinimo (G). Kaip jau minėta, tikslas yra nustatyti bendrą amplifikacijos tinklo stiprinimas (G), kad ttage ant šunto rezistoriaus, atitinkančio didžiausią leistiną variklio srovę (ISmax variklio vardinės srovės didžiausia vertė), atitinka tūrio diapazonątagyra skaitomas ADC.
Pastaba kad fiksavus G, geriau jį sukonfigūruoti kuo labiau sumažinant pradinį slopinimą 1/Gp, taigi ir stiprinimą Gn. Tai svarbu ne tik siekiant maksimaliai padidinti signalą pagal triukšmo santykį, bet ir sumažinti veikimo poveikį.amp vidinis išėjimo poslinkis (proporcingas Gn).
Stiprinimas ir poliarizacija ttage (VOPout, pol) nustato srovės jutimo grandinės veikimo diapazoną:
Kur:
- IS- = didžiausia šaltinio srovė
- IS+ = didžiausia nuskendusi srovė, kurią gali pajusti grandinė.
4 lentelė. STEVE-SPIN3201 op-amps poliarizacijos tinklas
|
Parametras |
Dalies nuoroda | 1 red |
3 red |
| 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 Viršsrovių aptikimas
STEVAL-SPIN3201 vertinimo plokštė įgyvendina apsaugą nuo viršsrovių, pagrįstą integruotu STSPIN32F0 OC lygintuvu. Šunto rezistoriai matuoja kiekvienos fazės apkrovos srovę. Rezistoriai R50, R51 ir R52 atneša ttage signalus, susietus su kiekviena apkrovos srove į OC_COMP kaištį. Kai didžiausia srovė, tekanti vienoje iš trijų fazių, viršija pasirinktą slenkstį, įjungiamas integruotas lygintuvas ir išjungiami visi aukštosios pusės galios jungikliai. Aukštos pusės maitinimo jungikliai vėl įjungiami, kai srovė nukrenta žemiau slenksčio, taip įgyvendinama apsauga nuo viršsrovių.
Dabartinės STEVAL-SPIN3201 vertinimo lentos slenksčiai išvardyti
5 lentelė. Viršsrovių slenksčiai.
| 6 PF | 7 PF | Vidinis komp. slenkstis | OC slenkstis |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Šiuos slenksčius galima pakeisti pakeitus R43 poslinkio rezistorių. Rekomenduojama rinktis R43 didesnį nei 30 kΩ. Norint apskaičiuoti tikslinės srovės ribos IOC R43 vertę, galima naudoti šią formulę:
kur OC_COMPth yra ttage vidinio lygintuvo slenkstis (pasirinktas PF6 ir PF7), o VDD yra 3.3 V skaitmeninio maitinimo įtampatage teikia vidinis DCDC keitiklis.
Pašalinus R43, dabartinė slenksčio formulė supaprastinama taip:
4.4 Autobusas ttage grandinė
STEVAL-SPIN3201 vertinimo plokštė suteikia magistralės ttage jutimas. Šis signalas siunčiamas per ttage skirstytuvas nuo variklio maitinimo ttage (VBUS) (R10 ir R16) ir siunčiami į įterptojo MCU PB1 GPIO (ADC 9 kanalą). Signalas taip pat pasiekiamas TP6.
4.5 Aparatinės įrangos vartotojo sąsaja
Plokštėje yra šie aparatinės įrangos vartotojo sąsajos elementai:
- Potenciometras R6: nustato tikslinį greitį, pvzample
- SW1 jungiklis: iš naujo nustato STSPIN32F0 MCU ir ST-LINK V2
- SW2 jungiklis: vartotojo mygtukas 1
- SW3 jungiklis: vartotojo mygtukas 2
- LED DL3: vartotojo LED 1 (taip pat įsijungia, kai paspaudžiamas 1 vartotojo mygtukas)
- LED DL4: vartotojo LED 2 (taip pat įsijungia, kai paspaudžiami 2 vartotojo mygtukai)
4.6 Derinimas
STEVAL-SPIN3201 vertinimo plokštė turi ST-LINK/V2-1 derintuvą/programuotoją. ST-LINK palaikomos šios funkcijos:
- USB programinės įrangos pakartotinis surašymas
- Virtuali USB prievado sąsaja, prijungta prie STSPIN6F7 (UART32) PB0/PB1 kaiščių
- Didelės atminties sąsaja USB
ST-LINK maitinimą tiekia pagrindinis kompiuteris per USB kabelį, prijungtą prie J5.
LED LD2 pateikia ST-LINK ryšio būsenos informaciją: - Raudonas šviesos diodas mirksi lėtai: įjungus maitinimą prieš inicijuojant USB
- Greitai mirksi raudonas šviesos diodas: po pirmojo teisingo ryšio tarp kompiuterio ir ST-LINK/V2-1 (sąrašas)
- Raudonas šviesos diodas ON: inicijavimas tarp kompiuterio ir ST-LINK/V2-1 baigtas
- Žalias LED ĮJUNGTAS: sėkmingas tikslinio ryšio inicijavimas
- Mirksi raudonas/žalias šviesos diodas: ryšio su taikiniu metu
- Žalia ON: bendravimas baigtas ir sėkmingas
Atstatymo funkcija atjungiama nuo ST-LINK nuėmus trumpiklį J8.
Revizijų istorija
6 lentelė. Dokumento taisymo istorija
| Data | Peržiūra | Pakeitimai |
| 12 m. gruodžio 20161 d | 1 | Pradinis išleidimas. |
| 23 m. lapkričio 2017 d | 2 | Pridėta 4.2 skirsnis: Srovės aptikimas 7 puslapyje. |
| 27 m. vasario 2018 d | 3 | Nedideli pakeitimai visame dokumente. |
| 18 m. rugpjūčio 2021 d | 4 | Nedidelis šablono pataisymas. |
STMicroelectronics NV ir jos dukterinės įmonės („ST“) pasilieka teisę bet kuriuo metu be įspėjimo keisti, taisyti, patobulinti, modifikuoti ir tobulinti ST gaminius ir (arba) šį dokumentą. Prieš pateikdami užsakymą pirkėjai turėtų gauti naujausią atitinkamą informaciją apie ST gaminius. ST gaminiai parduodami pagal ST pardavimo sąlygas, galiojančias užsakymo patvirtinimo metu. Pirkėjai yra išimtinai atsakingi už ST gaminių pasirinkimą, pasirinkimą ir naudojimą, o ST neprisiima jokios atsakomybės už pagalbą taikant ar Pirkėjų gaminių dizainą.
SVARBUS PASTABA - PRAŠOMAI SKAITYKITE
ST nesuteikia jokios tiesioginės ar numanomos licencijos jokioms intelektinės nuosavybės teisėms.
Perpardavus ST gaminius, kurių nuostatos skiriasi nuo čia pateiktos informacijos, panaikina bet kokią ST tokiam produktui suteiktą garantiją.
ST ir ST logotipas yra ST prekių ženklai. Norėdami gauti papildomos informacijos apie ST prekių ženklus, žr www.st.com/trademarks. Visi kiti produktų ar paslaugų pavadinimai yra atitinkamų savininkų nuosavybė.
Informacija šiame dokumente pakeičia ir pakeičia informaciją, anksčiau pateiktą bet kokiose ankstesnėse šio dokumento versijose.
© 2021 STMicroelectronics – Visos teisės saugomos
Dokumentai / Ištekliai
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 pažangus BLDC valdiklis su įterpta STM32 MCU vertinimo lenta [pdf] Naudotojo vadovas UM2154, STEVAL-SPIN3201 pažangus BLDC valdiklis su įterpta STM32 MCU vertinimo lenta |
