dzīve.novērtēts
UM2154
Lietotāja rokasgrāmata
STEVE-SPIN3201: uzlabots BLDC kontrolieris ar iegultu STM32 MCU novērtēšanas plati
Ievads
STEVAL-SPIN3201 plate ir 3 fāžu bezsuku līdzstrāvas motora draivera plate, kuras pamatā ir STSPIN32F0, 3 fāžu kontrolleris ar integrētu STM32 MCU, un kā strāvas nolasīšanas topoloģiju tiek ieviesti 3 šuntu rezistori.
Tas nodrošina ērti lietojamu risinājumu ierīces novērtēšanai dažādās lietojumprogrammās, piemēram, sadzīves ierīcēs, ventilatoros, dronos un elektroinstrumentos.
Plāksne ir paredzēta sensoram vai bezsensoram uz lauka orientētam vadības algoritmam ar 3 šuntu sensoru.
1. attēls. STEVE-SPIN3201 novērtēšanas panelis
Aparatūras un programmatūras prasības
Lai izmantotu STEVAL-SPIN3201 novērtēšanas paneli, ir nepieciešama šāda programmatūra un aparatūra:
- Windows® dators (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10), lai instalētu programmatūras pakotni
- Mini-B USB kabelis, lai savienotu STEVAL-SPIN3201 plati ar datoru
- STM32 motora vadības programmatūras izstrādes komplekts Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Trīsfāzu bezsuku līdzstrāvas motors ar saderīgu tilptage un pašreizējie vērtējumi
- Ārējais līdzstrāvas barošanas avots.
Darba sākšana
Maksimālie valdes reitingi ir šādi:
- Jauda stage piegādes sējtage (VS) no 8 V līdz 45 V
- Motora fāzes strāva līdz 15 Arms
Lai sāktu projektu ar dēli:
Solis 1. Pārbaudiet džempera pozīciju atbilstoši mērķa konfigurācijai (skatiet sadaļu 4.3. Pārstrāvas noteikšana
Solis 2. Savienojiet motoru ar savienotāju J3, rūpējoties par motora fāžu secību.
Solis 3. Ievadiet plati caur savienotāja J1 ieeju 2 un 2. Iedegsies DL1 (sarkanā) gaismas diode.
Solis 4. Izstrādājiet savu lietojumprogrammu, izmantojot STM32 Motor Control programmatūras izstrādes komplektu Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Aparatūras apraksts un konfigurācija
attēls 2. Galveno komponentu un savienotāju pozīcijas parāda galveno komponentu un savienotāju atrašanās vietu uz plates.
attēls 2. Galvenās sastāvdaļas un savienotāju pozīcijas
1. tabula. Aparatūras iestatīšanas džemperi nodrošina detalizētu savienotāju izvadīšanu.
1. tabula. Aparatūras iestatīšanas džemperi
| Džemperis | Atļautās konfigurācijas | Noklusējuma stāvoklis |
| JP1 | VREG izvēle, kas savienota ar V motoru | ATVĒRTS |
| JP2 | Izvēles motora barošanas avots, kas savienots ar līdzstrāvas barošanas avotu | SLĒGTS |
| JP3 | Selection Hall kodētāja padeve USB (1) / VDD (3) barošanas avotam | 1 – 2 SLĒGTS |
| JP4 | ST-LINK (U4) atlases atiestatīšana | ATVĒRTS |
| JP5 | Izlase PA2 savienota ar 3. halli | SLĒGTS |
| JP6 | Izlase PA1 savienota ar 2. halli | SLĒGTS |
| JP7 | Izlase PA0 savienota ar 1. halli | SLĒGTS |
2. tabula. Citu savienotāju, džemperu un pārbaudes punktu apraksts
|
Vārds |
Piespraust | Etiķete |
Apraksts |
| J1 | 1-2 | J1 | Motora barošanas avots |
| J2 | 1-2 | J2 | Ierīces galvenais barošanas avots (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | 3 fāžu BLDC motora fāžu savienojums |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Hall/kodētāja sensoru savienotājs |
| 4-5 | J4 | Halles sensoru/kodētāja padeve | |
| J5 | – | J5 | USB ieeja ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK barošanas avots |
| 2 | CLK | ST-LINK SWCLK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | ST-LINK SWDIO | |
| J7 | 1-2 | J7 | GROZS |
| J8 | 1-2 | J8 | ST-LINK atiestatīšana |
| TP1 | – | GREG | 12 V sējtage regulatora izeja |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | ĀTRUMS | Ātruma potenciometra izvade |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (izejas op-amp jēga 1) |
| TP6 | – | V-BUSS | VBus atsauksmes |
| TP7 | – | OUT_U | Izvade U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (izejas op-amp jēga 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (izejas op-amp jēga 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Izvade V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Izvade W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB sējtage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Circuit apraksts
STEVAL-SPIN3201 nodrošina pilnīgu 3 šuntu FOC risinājumu, kas sastāv no STSPIN32F0 — uzlabots BLDC kontrolleris ar iegultu STM32 MCU — un trīskārša pustilta jauda.tage ar NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 autonomi ģenerē visu nepieciešamo piegādes apjomutages: iekšējais DC/DC buck pārveidotājs nodrošina 3V3 un iekšējais lineārais regulators nodrošina 12 V vārtu vadītājiem.
Pašreizējā atgriezeniskās saites signāla kondicionēšana tiek veikta, izmantojot trīs darbības ampiekārtā iestrādātie pacēlāji un iekšējais komparators veic pārstrāvas aizsardzību no šunta rezistoriem.
Ir pieejamas divas lietotāja pogas, divas gaismas diodes un trimeris, lai ieviestu vienkāršus lietotāja interfeisus (piemēram, motora iedarbināšana/apturēšana un mērķa ātruma iestatīšana).
STEVAL-SPIN3201 plate atbalsta kvadratūras kodētāju un digitālos Hall sensorus kā motora pozīcijas atgriezenisko saiti.
Plate ietver ST-LINK-V2, kas ļauj lietotājam atkļūdot un lejupielādēt programmaparatūru bez papildu aparatūras rīka.
4.1 Hall/kodētāja motora ātruma sensors
STEVAL-SPIN3201 vērtēšanas panelis atbalsta digitālos Hall un kvadratūras kodētāja sensorus kā motora pozīcijas atgriezenisko saiti.
Sensorus var savienot ar STSPIN32F0, izmantojot J4 savienotāju, kas ir norādīts
3. tabula. Hall/kodētāja savienotājs (J4).
| Vārds | Piespraust | Apraksts |
| Hall1/A+ | 1 | Halles sensors 1/kodētāja izeja A+ |
| Hall2/B+ | 2 | Hall sensors 2/kodētāja izeja B+ |
| Hall3/Z+ | 3 | Halles sensors 3/kodētāja nulles atgriezeniskā saite |
| VDD sensors | 4 | Sensoru piegādes tilptage |
| GND | 5 | Zemējums |
Aizsardzības sērijas rezistors 1 kΩ ir uzstādīts sērijā ar sensoru izejām.
Sensoriem, kuriem nepieciešama ārēja pievilkšana, trīs 10 kΩ rezistori jau ir uzstādīti uz izvades līnijām un savienoti ar VDD vol.tage. Tajās pašās līnijās ir pieejams arī nolaižamo rezistoru nospiedums.
Džemperis JP3 izvēlas barošanas avotu sensora padevei voltage:
- Džemperis starp 1. kontaktu — 2. tapu: Hall sensori, kurus darbina VUSB (5 V)
- Džemperis starp 1. tapu – 2. tapu: Hallas sensori, kurus darbina VDD (3.3 V)
Lietotājs var atvienot sensoru izejas no MCU GPIO atvēršanas džemperiem JP5, JP6 un JP7.
4.2. Strāvas noteikšana
STEVAL-SPIN3201 platē strāvas uztveršanas signāla kondicionēšana tiek veikta, izmantojot trīs darbības ampSTSPIN32F0 ierīcē iegultie pacēlāji.
Tipiskā FOC lietojumprogrammā strāvas trijos pustiltos tiek uztvertas, izmantojot šunta rezistoru uz katra zemās strāvas slēdža avota. Sajūta voltagSignāli tiek piegādāti analogo-digitālo pārveidotājam, lai veiktu matricas aprēķinu saistībā ar noteiktu vadības paņēmienu. Tie sajūtu signāli parasti tiek novirzīti un ampko nodrošina specializēta operētājsistēmaamps, lai izmantotu visu ADC diapazonu (skatiet 3. attēlu. Strāvas noteikšanas shēma, piem.,ample).
3. attēls. Strāvas noteikšanas shēma, piemample
Jutekļu signāli ir jāpārvieto un jācentrē uz VDD/2 voltage (apmēram 1.65 V) un ampatkārtoti, kas nodrošina atbilstību starp uztvertā signāla maksimālo vērtību un ADC pilna mēroga diapazonu.
Sējtage pārslēgšanas stage ievieš atgriezeniskās saites signāla vājināšanos (1/Gp), kas kopā ar neinvertējošās konfigurācijas pastiprinājumu (Gn, fiksēts ar Rn un Rf) veicina kopējo pastiprinājumu (G). Kā jau minēts, mērķis ir izveidot kopvērtējumu amplifikācijas tīkla pastiprinājums (G), lai tilptage uz šunta rezistora, kas atbilst motora maksimālajai pieļaujamajai strāvai (motora nominālās strāvas ISmax maksimālā vērtība) atbilst tilpuma diapazonamtagto var lasīt ADC.
Piezīme ka, kad G ir fiksēts, labāk to konfigurēt, pēc iespējas samazinot sākotnējo vājinājumu 1/Gp un līdz ar to arī pastiprinājumu Gn. Tas ir svarīgi ne tikai, lai palielinātu signālu ar trokšņu attiecību, bet arī lai samazinātu darbības efektu.amp iekšējā nobīde izejā (proporcionāla Gn).
Pastiprinājums un polarizācija tilptage (VOPout, pol) nosaka strāvas sensora shēmas darbības diapazonu:
Kur:
- IS- = maksimālā avota strāva
- IS+ = maksimālā nogrimušā strāva, ko var uztvert shēma.
4. tabula. STEVE-SPIN3201 op-amps polarizācijas tīkls
|
Parametrs |
Daļas atsauce | 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. Pārstrāvas noteikšana
STEVAL-SPIN3201 novērtēšanas panelis ievieš pārstrāvas aizsardzību, pamatojoties uz STSPIN32F0 integrēto OC komparatoru. Šunta rezistori mēra katras fāzes slodzes strāvu. Rezistori R50, R51 un R52 nodrošina tilptage signāli, kas saistīti ar katru slodzes strāvu uz OC_COMP tapu. Kad maksimālā strāva, kas plūst vienā no trim fāzēm, pārsniedz izvēlēto slieksni, tiek iedarbināts integrētais komparators un tiek atspējoti visi augstās puses jaudas slēdži. Augstas puses jaudas slēdži tiek atkal iespējoti, kad strāva nokrītas zem sliekšņa, tādējādi ieviešot pārstrāvas aizsardzību.
STEVAL-SPIN3201 vērtēšanas paneļa pašreizējie sliekšņi ir norādīti
5. tabula. Virsstrāvas sliekšņi.
| PF6 | PF7 | Iekšējā komp. slieksnis | OC slieksnis |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Šos sliekšņus var mainīt, mainot R43 slīpo rezistoru. Ieteicams izvēlēties R43 lielāku par 30 kΩ. Lai aprēķinātu R43 vērtību mērķa strāvas ierobežojumam IOC, var izmantot šādu formulu:
kur OC_COMPth ir tilptagIekšējā salīdzinājuma slieksnis (ko izvēlas PF6 un PF7), un VDD ir 3.3 V digitālā barošanas avotatage nodrošina iekšējais DCDC buck pārveidotājs.
Noņemot R43, pašreizējā sliekšņa formula tiek vienkāršota šādi:
4.4. Autobusa tilptage ķēde
STEVAL-SPIN3201 novērtēšanas panelis nodrošina kopnes tilptage sajūta. Šis signāls tiek nosūtīts caur sējtage dalītājs no motora padeves tilptage (VBUS) (R10 un R16) un nosūtīts uz iegultā MCU PB1 GPIO (ADC 9. kanāls). Signāls ir pieejams arī TP6.
4.5. Aparatūras lietotāja interfeiss
Platē ir iekļauti šādi aparatūras lietotāja interfeisa elementi:
- Potenciometrs R6: iestata mērķa ātrumu, piemēramample
- Slēdzis SW1: atiestata STSPIN32F0 MCU un ST-LINK V2
- Slēdzis SW2: lietotāja poga 1
- Slēdzis SW3: lietotāja poga 2
- LED DL3: lietotāja LED 1 (ieslēdzas arī, kad tiek nospiesta lietotāja 1 poga)
- LED DL4: lietotāja LED 2 (ieslēdzas arī, kad tiek nospiestas lietotāja 2 pogas)
4.6 Atkļūdošana
STEVAL-SPIN3201 vērtēšanas panelī ir iegults ST-LINK/V2-1 atkļūdotājs/programmētājs. ST-LINK atbalstītās funkcijas ir:
- USB programmatūras pārskaitīšana
- Virtuālā com porta saskarne USB savienotā ar STSPIN6F7 (UART32) PB0/PB1 tapām.
- Lielapjoma atmiņas interfeiss USB
ST-LINK strāvas padevi nodrošina resursdators, izmantojot USB kabeli, kas pievienots J5.
LED LD2 nodrošina ST-LINK sakaru statusa informāciju: - Sarkanā gaismas diode mirgo lēni: ieslēgšanas brīdī pirms USB inicializācijas
- Sarkanā gaismas diode ātri mirgo: pēc pirmās pareizas saziņas starp datoru un ST-LINK/V2-1 (uzskaitījums)
- Sarkans LED IESLĒGTS: inicializācija starp datoru un ST-LINK/V2-1 ir pabeigta
- Zaļā LED IESLĒGTS: veiksmīga mērķa komunikācijas inicializācija
- Mirgo sarkana/zaļa gaismas diode: saziņas laikā ar mērķi
- Zaļš IESLĒGTS: komunikācija ir pabeigta un veiksmīga
Atiestatīšanas funkcija tiek atvienota no ST-LINK, noņemot džemperi J8.
Pārskatīšanas vēsture
6. tabula. Dokumentu pārskatīšanas vēsture
| Datums | Pārskatīšana | Izmaiņas |
| 12. gada 20161. decembris | 1 | Sākotnējā izlaišana. |
| 23. gada 2017. novembris | 2 | Pievienota 4.2. sadaļa: Strāvas noteikšana 7. lappusē. |
| 27. gada 2018. februāris | 3 | Nelielas izmaiņas visā dokumentā. |
| 18.-2021. augusts | 4 | Neliels veidnes labojums. |
STMicroelectronics NV un tā meitasuzņēmumi (“ST”) patur tiesības jebkurā laikā bez brīdinājuma veikt izmaiņas, labojumus, uzlabojumus, modifikācijas un uzlabojumus ST izstrādājumos un/vai šajā dokumentā. Pirms pasūtījumu veikšanas pircējiem jāiegūst jaunākā atbilstošā informācija par ST produktiem. ST produkti tiek pārdoti saskaņā ar ST pārdošanas noteikumiem un nosacījumiem, kas ir spēkā pasūtījuma apstiprināšanas brīdī. Pircēji ir pilnībā atbildīgi par ST produktu izvēli, izvēli un lietošanu, un ST neuzņemas nekādu atbildību par palīdzību pielietošanā vai Pircēju produktu dizainu.
SVARĪGS PAZIŅOJUMS - LŪDZU, RŪPĪGI LASIET
ST šeit nepiešķir nekādas tiešas vai netiešas licences jebkādām intelektuālā īpašuma tiesībām.
ST produktu tālākpārdošana ar noteikumiem, kas atšķiras no šeit norādītās informācijas, anulē jebkādu ST piešķirto garantiju šādam produktam.
ST un ST logotips ir ST preču zīmes. Papildinformāciju par ST preču zīmēm, lūdzu, skatiet www.st.com/trademarks. Visi pārējie produktu vai pakalpojumu nosaukumi ir to attiecīgo īpašnieku īpašums.
Informācija šajā dokumentā aizstāj un aizstāj informāciju, kas iepriekš sniegta jebkurās iepriekšējās šī dokumenta versijās.
© 2021 STMicroelectronics – visas tiesības paturētas
Dokumenti / Resursi
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 uzlabots BLDC kontrolieris ar iegulto STM32 MCU novērtēšanas paneli [pdfLietotāja rokasgrāmata UM2154, STEVAL-SPIN3201 uzlabots BLDC kontrolieris ar iegulto STM32 MCU novērtēšanas paneli |
