liv. oppskåret
UM2154
Brukerhåndbok
STEVE-SPIN3201: avansert BLDC-kontroller med innebygd STM32 MCU-evalueringskort
Introduksjon
STEVAL-SPIN3201-kortet er et 3-faset børsteløst DC-motordriverkort basert på STSPIN32F0, en 3-fase kontroller med en integrert STM32 MCU, og implementerer 3-shuntmotstander som strømavlesningstopologi.
Det gir en brukervennlig løsning for evaluering av enheten i forskjellige applikasjoner som husholdningsapparater, vifter, droner og elektroverktøy.
Kortet er designet for den sensoriske eller sensorløse feltorienterte kontrollalgoritmen med 3-shunt-føling.
Figur 1. STEVE-SPIN3201 evalueringstavle
Krav til maskinvare og programvare
Bruk av STEVAL-SPIN3201 evalueringstavle krever følgende programvare og maskinvare:
- En Windows ® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) for å installere programvarepakken
- En mini-B USB-kabel for å koble STEVAL-SPIN3201-kortet til PC-en
- STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- En 3-fase børsteløs DC-motor med en kompatibel voltage og gjeldende rangeringer
- En ekstern likestrømforsyning.
Komme i gang
De maksimale rangeringene til styret er følgende:
- Strøm stage forsyning voltage (VS) fra 8 V til 45 V
- Motorfasestrøm opp til 15 armer
Slik starter du prosjektet med styret:
Skritt 1. Kontroller jumperposisjonen i henhold til målkonfigurasjonen (se avsnitt 4.3 Overstrømdeteksjon
Skritt 2. Koble motoren til kontakten J3 og ta hensyn til rekkefølgen til motorfasene.
Skritt 3. Forsyn kortet gjennom inngang 1 og 2 på kontakt J2. DL1 (rød) LED vil tennes.
Skritt 4. Utvikle applikasjonen din ved å bruke STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Maskinvarebeskrivelse og konfigurasjon
Figur 2. Hovedkomponenter og koblingers posisjoner viser posisjonen til hovedkomponentene og koblingene på kortet.
Figur 2. Hovedkomponenter og koblingsposisjoner
Tabell 1. Maskinvareinnstillingsjumpere gir den detaljerte pinouten til kontaktene.
Tabell 1. Maskinvareinnstillingshoppere
| Jumper | Tillatte konfigurasjoner | Standardtilstand |
| JP1 | Valg av VREG koblet til V-motor | ÅPNE |
| JP2 | Valgmotor strømforsyning koblet til DC strømforsyning | LUKKET |
| JP3 | Valg Hall encoder forsyning til USB (1) / VDD (3) strømforsyning | 1 – 2 STENGT |
| JP4 | Valg tilbakestilling av ST-LINK (U4) | ÅPNE |
| JP5 | Utvalg PA2 koblet til Hall 3 | LUKKET |
| JP6 | Utvalg PA1 koblet til Hall 2 | LUKKET |
| JP7 | Utvalg PA0 koblet til Hall 1 | LUKKET |
Tabell 2. Beskrivelse av andre kontakter, jumper og testpunkter
|
Navn |
Pin | Merkelapp |
Beskrivelse |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Motorens strømforsyning |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Enhetens hovedstrømforsyning (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W. | 3-fase BLDC motorfasetilkobling |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Hall/encoder sensorer kontakt |
| 4 – 5 | J4 | Hallsensorer/giverforsyning | |
| J5 | – | J5 | USB-inngang ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK strømforsyning |
| 2 | CLK | SWCLK av ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO av ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | CART |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK tilbakestilt |
| TP1 | – | GREG | 12 V voltage regulatorutgang |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | FART | Hastighetspotensiometerutgang |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (output op-amp sans 1) |
| TP6 | – | V-BUS | VBus tilbakemelding |
| TP7 | – | OUT_U | Utgang U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (output op-amp sans 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (output op-amp sans 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Utgang V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Utgang W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Kretsbeskrivelse
STEVAL-SPIN3201 gir en komplett 3-shunt FOC-løsning sammensatt av en STSPIN32F0 – avansert BLDC-kontroller med en innebygd STM32 MCU – og en trippel halvbro-effekt stage med NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 genererer autonomt all nødvendig forsyningsvoltages: den interne DC/DC buck-omformeren gir 3V3 og en intern lineær regulator gir 12 V for portdriverne.
Gjeldende tilbakemeldingssignalbehandling utføres gjennom tre av de operasjonelle ampløftere innebygd i enheten og en intern komparator utfører overstrømsbeskyttelse fra shuntmotstander.
To brukerknapper, to lysdioder og en trimmer er tilgjengelig for å implementere enkle brukergrensesnitt (f.eks. start/stopping av motoren og innstilling av målhastighet).
STEVAL-SPIN3201-kortet støtter kvadraturkoderen og digitale Hall-sensorer som tilbakemelding av motorposisjon.
Brettet inkluderer en ST-LINK-V2 som lar brukeren feilsøke og laste ned fastvare uten noe ekstra maskinvareverktøy.
4.1 Hall/giver motorhastighetssensor
Evalueringskortet STEVAL-SPIN3201 støtter de digitale Hall- og kvadraturkodersensorene som tilbakemelding av motorposisjon.
Sensorene kan kobles til STSPIN32F0 gjennom J4-kontakten er oppført i
Tabell 3. Hall/encoder-kontakt (J4).
| Navn | Pin | Beskrivelse |
| Hall1/A+ | 1 | Hallsensor 1/giver ut A+ |
| Hall2/B+ | 2 | Hallsensor 2/giver ut B+ |
| Hall3/Z+ | 3 | Hallsensor 3/giver null tilbakemelding |
| VDD sensor | 4 | Sensortilførsel voltage |
| GND | 5 | Bakke |
En beskyttelsesseriemotstand på 1 kΩ er montert i serie med sensorutganger.
For sensorer som krever en ekstern pull-up, er tre 10 kΩ motstander allerede montert på utgangslinjene og koblet til VDD vol.tage. På de samme linjene er et fotavtrykk for nedtrekksmotstander også tilgjengelig.
Jumperen JP3 velger strømforsyningen for sensorforsyningen voltage:
- Jumper mellom pinne 1 – pinne 2: Hallsensorer drevet av VUSB (5 V)
- Jumper mellom pinne 1 – pinne 2: Hallsensorer drevet av VDD (3.3 V)
Brukeren kan koble fra sensorutgangene fra MCU GPIO-åpningsjumpene JP5, JP6 og JP7.
4.2 Strømføling
I STEVAL-SPIN3201-kortet utføres strømfølende signalbehandling gjennom tre av de operative ampløftere innebygd i STSPIN32F0-enheten.
I en typisk FOC-applikasjon blir strømmene i de tre halvbroene avfølt ved hjelp av en shuntmotstand på kilden til hver strømbryter på lav side. Sansen voltage-signalene leveres til en analog-til-digital-omformer for å utføre matriseberegningen knyttet til en bestemt kontrollteknikk. Disse sansesignalene blir vanligvis forskjøvet og ampbefestet av dedikert op-amps for å utnytte hele rekkevidden til ADC (se figur 3. Gjeldende sensingskjema f.eks.ample).
Figur 3. Nåværende sensingskjema eksample
Sensesignalene må forskyves og sentreres på VDD/2 voltage (ca. 1.65 V) og amplified igjen som gir samsvar mellom den maksimale verdien av det avfølte signalet og fullskalaområdet til ADC.
Voltage skiftende stage introduserer dempning (1/Gp) av tilbakemeldingssignalet som sammen med forsterkningen til den ikke-inverterende konfigurasjonen (Gn, fiksert av Rn og Rf), bidrar til den totale forsterkningen (G). Som allerede nevnt er målet å etablere helheten amplification network gain (G) slik at voltage på shuntmotstanden som tilsvarer den maksimalt tillatte motorstrømmen (ISmax toppverdi av motorens merkestrøm) passer til volumområdettagkan leses av ADC.
Note at når G er fikset, er det bedre å konfigurere den ved å senke den initiale dempningen 1/Gp så mye som mulig og dermed forsterkningen Gn. Dette er viktig ikke bare for å maksimere signalet med støyforholdet, men også for å redusere effekten av op-amp egenforskyvning på utgangen (proporsjonal med Gn).
Forsterkningen og polarisasjonen voltage (VOPout, pol) bestemmer driftsområdet til strømsensorkretsen:
Hvor:
- IS- = maksimal strømkilde
- IS+ = maksimal senket strøm som kan registreres av kretsen.
Tabell 4. STEVE-SPIN3201 op-amps polarisasjonsnettverk
|
Parameter |
Delreferanse | 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 Overstrømdeteksjon
STEVAL-SPIN3201-evalueringskortet implementerer overstrømsbeskyttelse basert på STSPIN32F0 integrert OC-komparator. Shuntmotstander måler belastningsstrømmen til hver fase. Motstandene R50, R51 og R52 gir volumtage-signaler knyttet til hver belastningsstrøm til OC_COMP-pinnen. Når toppstrømmen som flyter i en av de tre fasene overskrider den valgte terskelen, utløses den integrerte komparatoren og alle strømbryterne på høysiden deaktiveres. Høyside strømbrytere aktiveres igjen når strømmen faller under terskelen, og implementerer dermed overstrømsbeskyttelse.
Gjeldende terskler for STEVAL-SPIN3201-evalueringstavlen er oppført i
Tabell 5. Overstrømsterskler.
| PF6 | PF7 | Intern komp. terskel | OC-terskel |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Disse tersklene kan endres ved å endre R43 forspenningsmotstanden. Det anbefales å velge R43 høyere enn 30 kΩ. For å beregne verdien av R43 for en målstrømgrense IOC, kan følgende formel brukes:
hvor OC_COMPth er voltagterskel for den interne komparatoren (valgt av PF6 og PF7), og VDD er 3.3 V digital forsyningsvolumtage levert av den interne DCDC buck-omformeren.
Når du fjerner R43, forenkles gjeldende terskelformel som følger:
4.4 Buss voltage krets
STEVAL-SPIN3201 evalueringstavle gir bussen voltage sansing. Dette signalet sendes gjennom en voltage deler fra motorforsyningen voltage (VBUS) (R10 og R16) og sendt til PB1 GPIO (kanal 9 av ADC) til den innebygde MCU. Signalet er også tilgjengelig på TP6.
4.5 Maskinvarebrukergrensesnitt
Brettet inkluderer følgende maskinvarebrukergrensesnittelementer:
- Potensiometer R6: stiller inn målhastigheten, f.eksample
- Bryter SW1: tilbakestiller STSPIN32F0 MCU og ST-LINK V2
- Bryter SW2: brukerknapp 1
- Bryter SW3: brukerknapp 2
- LED DL3: bruker-LED 1 (slår seg også på når bruker 1-knappen trykkes)
- LED DL4: bruker LED 2 (slår seg også på når bruker 2 knapper trykkes)
4.6 Feilsøking
Evalueringskortet STEVAL-SPIN3201 bygger inn en ST-LINK/V2-1 debugger/programmerer. Funksjonene som støttes på ST-LINK er:
- Gjenoppregning av USB-programvare
- Virtuelt com-port-grensesnitt på USB koblet til PB6/PB7-pinner på STSPIN32F0 (UART1)
- Masselagringsgrensesnitt på USB
Strømforsyningen til ST-LINK leveres av verts-PCen via USB-kabelen koblet til J5.
LED LD2 gir ST-LINK kommunikasjonsstatusinformasjon: - Rød LED blinker sakte: ved slått på før USB initialisering
- Rød LED blinker raskt: etter første korrekt kommunikasjon mellom PC og ST-LINK/V2-1 (oppregning)
- Rød LED PÅ: initialisering mellom PC-en og ST-LINK/V2-1 er fullført
- Grønn LED PÅ: vellykket initialisering av målkommunikasjon
- Rød/grønn LED blinker: under kommunikasjon med målet
- Grønn PÅ: kommunikasjon fullført og vellykket
Tilbakestillingsfunksjonen kobles fra ST-LINK ved å fjerne jumperen J8.
Revisjonshistorikk
Tabell 6. Dokumentrevisjonshistorikk
| Dato | Revisjon | Endringer |
| 12. desember 20161 | 1 | Første utgivelse. |
| 23. nov. 2017 | 2 | Lagt til seksjon 4.2: Strømføling på side 7. |
| 27-2018 februar | 3 | Mindre endringer i hele dokumentet. |
| 18. august 2021 | 4 | Mindre malkorreksjon. |
STMicroelectronics NV og dets datterselskaper ("ST") forbeholder seg retten til å gjøre endringer, rettelser, forbedringer, modifikasjoner og forbedringer til ST-produkter og/eller dette dokumentet når som helst uten varsel. Kjøpere bør innhente den nyeste relevante informasjonen om ST-produkter før de legger inn bestillinger. ST-produkter selges i henhold til STs salgsvilkår som er på plass på tidspunktet for ordrebekreftelse. Kjøpere er alene ansvarlige for valg, valg og bruk av ST-produkter og ST påtar seg intet ansvar for søknadshjelp eller utforming av kjøpers produkter.
VIKTIG MERKNAD - LES NØYE
Ingen lisens, uttrykt eller underforstått, til noen immaterielle rettigheter er gitt av ST heri.
Videresalg av ST-produkter med andre bestemmelser enn informasjonen som er angitt her, vil ugyldiggjøre enhver garanti gitt av ST for slikt produkt.
ST og ST-logoen er varemerker for ST. For ytterligere informasjon om ST-varemerker, se www.st.com/trademarks. Alle andre produkt- eller tjenestenavn tilhører sine respektive eiere.
Informasjonen i dette dokumentet erstatter og erstatter informasjon som tidligere er gitt i tidligere versjoner av dette dokumentet.
© 2021 STMicroelectronics – Alle rettigheter forbeholdt
Dokumenter / Ressurser
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 avansert BLDC-kontroller med innebygd STM32 MCU Evaluation Board [pdfBrukerhåndbok UM2154, STEVAL-SPIN3201 avansert BLDC-kontroller med innebygd STM32 MCU Evaluation Board |
