viata.inaugurat
UM2154
Manual de utilizare
STEVE-SPIN3201: controler BLDC avansat cu placă de evaluare STM32 MCU încorporată
Introducere
Placa STEVAL-SPIN3201 este o placă de driver de motor DC fără perii cu 3 faze bazată pe STSPIN32F0, un controler trifazic cu un MCU STM3 integrat și implementează rezistențe cu 32 șunturi ca topologie de citire a curentului.
Oferă o soluție ușor de utilizat pentru evaluarea dispozitivului în diferite aplicații, cum ar fi electrocasnice, ventilatoare, drone și unelte electrice.
Placa este proiectată pentru algoritmul de control orientat pe câmp cu senzori sau fără senzori cu detecție cu 3 șunturi.
Figura 1. Placa de evaluare STEVE-SPIN3201
Cerințe hardware și software
Utilizarea plăcii de evaluare STEVAL-SPIN3201 necesită următorul software și hardware:
- Un PC Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) pentru a instala pachetul software
- Un cablu USB mini-B pentru a conecta placa STEVAL-SPIN3201 la PC
- Kitul de dezvoltare software de control al motorului STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Un motor DC trifazat fără perii cu un volum compatibiltage și evaluările curente
- O sursă de alimentare DC externă.
Noțiuni de bază
Evaluările maxime ale consiliului sunt următoarele:
- Puterea stage aprovizionare voltage (VS) de la 8 V la 45 V
- Curent de fază motor până la 15 arme
Pentru a începe proiectul cu placa:
Pas 1. Verificați poziția jumperului în funcție de configurația țintă (vezi Secțiunea 4.3 Detectarea supracurentului
Pas 2. Conectați motorul la conectorul J3 având grijă de succesiunea fazelor motorului.
Pas 3. Alimentați placa prin intrarea 1 și 2 a conectorului J2. LED-ul DL1 (roșu) se va aprinde.
Pas 4. Dezvoltați-vă aplicația utilizând kitul de dezvoltare software STM32 Motor Control Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Descriere și configurare hardware
Figura 2. Componentele principale și pozițiile conectorilor arată poziția componentelor principale și a conectorilor de pe placă.
Figura 2. Componentele principale și pozițiile conectorilor
Tabelul 1. Jumperele de setare hardware oferă pinout-ul detaliat al conectorilor.
Tabelul 1. Jumperi de setare hardware
| Jumper | Configurații permise | Condiție implicită |
| JP1 | Selectarea VREG conectată la motorul V | DESCHIDE |
| JP2 | Alimentarea motorului de selecție conectată la sursa de curent continuu | ÎNCHIS |
| JP3 | Alimentarea codificatorului Hall de selecție la sursa de alimentare USB (1) / VDD (3). | 1 – 2 ÎNCHIS |
| JP4 | Resetarea selecției ST-LINK (U4) | DESCHIDE |
| JP5 | Selecția PA2 conectată la Sala 3 | ÎNCHIS |
| JP6 | Selecția PA1 conectată la Sala 2 | ÎNCHIS |
| JP7 | Selecția PA0 conectată la Sala 1 | ÎNCHIS |
Tabelul 2. Descrierea altor conectori, jumper și puncte de testare
|
Nume |
Pin | Eticheta |
Descriere |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Alimentarea motorului |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Sursa de alimentare principală a dispozitivului (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | Conexiune trifazată a fazelor motorului BLDC |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Conector senzor Hall/encoder |
| 4 – 5 | J4 | Alimentare senzori Hall/encoder | |
| J5 | – | J5 | Intrare USB ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Sursa de alimentare ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK de la ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO de la ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | CART |
| J8 | 1 – 2 | J8 | Resetarea ST-LINK |
| TP1 | – | GREG | 12 V voltagieșirea regulatorului |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | VITEZĂ | Ieșire potențiometru de viteză |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (opțiune de ieșire)amp sens 1) |
| TP6 | – | V-BUS | Feedback VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Ieșire U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (opțiune de ieșire)amp sens 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (opțiune de ieșire)amp sens 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Ieșire V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Ieșire W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB voltage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Descrierea circuitului
STEVAL-SPIN3201 oferă o soluție FOC completă cu 3 șunturi, compusă dintr-un STSPIN32F0 – controler BLDC avansat cu un MCU STM32 încorporat – și o putere triplă semi-bridge.tage cu NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 generează în mod autonom toată cantitatea necesară de alimentaretages: convertorul buck intern DC/DC oferă 3V3, iar un regulator liniar intern furnizează 12 V pentru driverele de poartă.
Condiționarea semnalului de feedback curent se realizează prin trei dintre cele operaționale amplimitatoare încorporate în dispozitiv și un comparator intern efectuează protecție la supracurent împotriva rezistențelor de șunt.
Două butoane de utilizator, două LED-uri și un trimmer sunt disponibile pentru a implementa interfețe simple de utilizator (de exemplu, pornirea/oprirea motorului și setarea vitezei țintă).
Placa STEVAL-SPIN3201 acceptă codificatorul în cuadratură și senzorii Hall digitali ca feedback privind poziția motorului.
Placa include un ST-LINK-V2 care permite utilizatorului să depaneze și să descarce firmware-ul fără niciun instrument hardware suplimentar.
4.1 Senzor de turație a motorului Hall/encoder
Placa de evaluare STEVAL-SPIN3201 acceptă senzorii digitali Hall și codificatorul în cuadratura ca feedback privind poziția motorului.
Senzorii pot fi conectați la STSPIN32F0 prin conectorul J4 care este listat în
Tabel 3. Conector Hall/encoder (J4).
| Nume | Pin | Descriere |
| Sala 1/A+ | 1 | Senzor Hall 1/coder out A+ |
| Sala 2/B+ | 2 | Senzor Hall 2/ieșire codificator B+ |
| Sala3/Z+ | 3 | Senzor Hall 3/coder zero feedback |
| Senzor VDD | 4 | Vol. alimentare senzortage |
| GND | 5 | Sol |
O serie de rezistență de protecție de 1 kΩ este montat într-o serie cu ieșiri de senzor.
Pentru senzorii care necesită un pull-up extern, trei rezistențe de 10 kΩ sunt deja montate pe liniile de ieșire și conectate la VDD vol.tage. Pe aceleași linii, este disponibilă și o amprentă pentru rezistențele de tragere în jos.
Jumperul JP3 selectează sursa de alimentare pentru alimentarea senzorului voltage:
- Jumper între pinul 1 – pinul 2: Senzori Hall alimentați de VUSB (5 V)
- Jumper între pinul 1 – pinul 2: Senzori Hall alimentați de VDD (3.3 V)
Utilizatorul poate deconecta ieșirile senzorilor de la jumperii de deschidere MCU GPIO JP5, JP6 și JP7.
4.2 Detectarea curentului
În placa STEVAL-SPIN3201, condiționarea semnalului de detectare a curentului este efectuată prin trei dintre ampliificatoare încorporate în dispozitivul STSPIN32F0.
Într-o aplicație tipică FOC, curenții din cele trei semi-punturi sunt detectați folosind un rezistor de șunt pe sursa fiecărui comutator de putere joasă. Sensul voltagSemnalele sunt furnizate unui convertor analog-digital pentru a efectua calculul matriceal legat de o anumită tehnică de control. Acele semnale senzoriale sunt de obicei deplasate și ampoferit de op-amps pentru a exploata întreaga gamă a ADC (vezi Figura 3. Schema de detectare a curentului example).
Figura 3. Schema de detectare a curentului example
Semnalele senzoriale trebuie să fie deplasate și centrate pe VDD/2 voltage (aproximativ 1.65 V) și amplificat din nou, care oferă potrivirea între valoarea maximă a semnalului detectat și gama de scară completă a ADC.
Voltage deplasare stage introduce atenuarea (1/Gp) a semnalului de feedback care, împreună cu câștigul configurației neinversoare (Gn, fixat prin Rn și Rf), contribuie la câștigul total (G). După cum sa menționat deja, scopul este de a stabili generalul ampcâştigul reţelei de lificare (G) astfel încât voltage pe rezistorul de șunt corespunzător curentului maxim permis al motorului (valoarea de vârf ISmax a curentului nominal al motorului) se potrivește în domeniul de voltageste lizibil de către ADC.
Nota ca, odata ce G este fix, este mai bine sa-l configurati prin scaderea cat mai mult a atenuarii initiale 1/Gp si, deci, castigul Gn. Acest lucru este important nu numai pentru a maximiza semnalul prin raportul de zgomot, ci și pentru a reduce efectul op-amp offset intrinsec pe ieșire (proporțional cu Gn).
Câștigul și polarizarea voltage (VOPout, pol) determină domeniul de funcționare al circuitului de detectare a curentului:
Unde:
- IS- = curent maxim sursat
- IS+ = curent absorbit maxim care poate fi detectat de circuite.
Tabelul 4. STEVE-SPIN3201 op-amprețeaua de polarizare
|
Parametru |
Referință la parte | 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 Detectarea supracurentului
Placa de evaluare STEVAL-SPIN3201 implementează protecție la supracurent bazată pe comparatorul OC integrat STSPIN32F0. Rezistoarele de șunt măsoară curentul de sarcină al fiecărei faze. Rezistoarele R50, R51 și R52 aduc volumul voltage semnalele asociate cu fiecare curent de sarcină către pinul OC_COMP. Când curentul de vârf care curge într-una dintre cele trei faze depășește pragul selectat, comparatorul integrat este declanșat și toate comutatoarele de putere laterale înalte sunt dezactivate. Întrerupătoarele de alimentare din partea înaltă sunt activate din nou atunci când curentul scade sub prag, implementând astfel protecția la supracurent.
Pragurile actuale pentru bordul de evaluare STEVAL-SPIN3201 sunt enumerate în
Tabelul 5. Praguri de supracurent.
| PF6 | PF7 | Comp. internă prag | pragul OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Aceste praguri pot fi modificate prin schimbarea rezistenței de polarizare R43. Se recomandă să alegeți R43 mai mare de 30 kΩ. Pentru a calcula valoarea R43 pentru o limită de curent țintă IOC, se poate folosi următoarea formulă:
unde OC_COMPth este voltagPragul comparatorului intern (selectat de PF6 și PF7) și VDD este volumul de alimentare digitală de 3.3 Vtage furnizată de convertorul buck DCDC intern.
Îndepărtând R43, formula pragului curent este simplificată după cum urmează:
4.4 Autobuz voltage circuit
Placa de evaluare STEVAL-SPIN3201 furnizează autobuzul voltage sensing. Acest semnal este trimis printr-un voltage separator de la alimentarea motorului voltage (VBUS) (R10 și R16) și trimis la PB1 GPIO (canalul 9 al ADC) al MCU-ului încorporat. Semnalul este disponibil și pe TP6.
4.5 Interfață cu utilizatorul hardware
Placa include următoarele elemente hardware de interfață utilizator:
- Potențiometrul R6: setează viteza țintă, de example
- Comutator SW1: resetează STSPIN32F0 MCU și ST-LINK V2
- Comutator SW2: butonul utilizator 1
- Comutator SW3: butonul utilizator 2
- LED DL3: LED utilizator 1 (se aprinde și când butonul utilizator 1 este apăsat)
- LED DL4: LED utilizator 2 (se aprinde și când butoanele utilizatorului 2 sunt apăsate)
4.6 Depanare
Placa de evaluare STEVAL-SPIN3201 încorporează un depanator/programator ST-LINK/V2-1. Caracteristicile acceptate pe ST-LINK sunt:
- Reenumerare software USB
- Interfață portului de comunicație virtuală pe USB conectată la pinii PB6/PB7 ai STSPIN32F0 (UART1)
- Interfață de stocare în masă pe USB
Sursa de alimentare pentru ST-LINK este furnizată de computerul gazdă prin cablul USB conectat la J5.
LED-ul LD2 oferă informații despre starea comunicării ST-LINK: - LED-ul roșu clipește lent: la pornire înainte de inițializarea USB
- LED-ul roșu clipește rapid: în urma primei comunicări corecte între computer și ST-LINK/V2-1 (enumerare)
- LED roșu aprins: inițializarea între computer și ST-LINK/V2-1 este completă
- LED verde aprins: inițializarea comunicației țintă cu succes
- LED-ul roșu/verde clipește: în timpul comunicării cu ținta
- Verde pornit: comunicarea încheiată și cu succes
Funcția de resetare este deconectată de la ST-LINK prin îndepărtarea jumperului J8.
Istoricul reviziilor
Tabelul 6. Istoricul revizuirilor documentului
| Data | Revizuire | Schimbări |
| 12-dec-20161 | 1 | Lansare inițială. |
| 23-Nov-2017 | 2 | S-a adăugat Secțiunea 4.2: Detecția curentului la pagina 7. |
| 27-feb-2018 | 3 | Modificări minore în întregul document. |
| 18-aug-2021 | 4 | Corecție minoră a șablonului. |
STMicroelectronics NV și filialele sale („ST”) își rezervă dreptul de a face modificări, corecții, îmbunătățiri, modificări și îmbunătățiri produselor ST și/sau acestui document în orice moment, fără notificare. Cumpărătorii trebuie să obțină cele mai recente informații relevante despre produsele ST înainte de a plasa comenzi. Produsele ST sunt vândute în conformitate cu termenii și condițiile de vânzare ale ST în vigoare la momentul confirmării comenzii. Cumpărătorii sunt singurii responsabili pentru alegerea, selecția și utilizarea produselor ST, iar ST nu își asumă nicio responsabilitate pentru asistența la aplicare sau proiectarea produselor Cumpărătorilor.
AVIZ IMPORTANT - CITIȚI CU ATENȚIE
Nicio licență, expresă sau implicită, pentru niciun drept de proprietate intelectuală nu este acordată de către ST prin prezenta.
Revânzarea produselor ST cu prevederi diferite de informațiile prezentate aici va anula orice garanție acordată de ST pentru un astfel de produs.
ST și sigla ST sunt mărci comerciale ale ST. Pentru informații suplimentare despre mărcile comerciale ST, vă rugăm să consultați www.st.com/trademarks. Toate celelalte nume de produse sau servicii sunt proprietatea proprietarilor respectivi.
Informațiile din acest document înlocuiesc și înlocuiesc informațiile furnizate anterior în orice versiuni anterioare ale acestui document.
© 2021 STMicroelectronics – Toate drepturile rezervate
Documente/Resurse
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Controler BLDC avansat cu placă de evaluare STM32 MCU încorporată [pdfManual de utilizare UM2154, STEVAL-SPIN3201 Controler BLDC avansat cu placă de evaluare STM32 MCU încorporată |
