жизнь.
UM2154
Руководство пользователя
STEVE-SPIN3201: усовершенствованный контроллер BLDC со встроенной оценочной платой микроконтроллера STM32
Введение
Плата STEVAL-SPIN3201 представляет собой плату драйвера трехфазного бесщеточного двигателя постоянного тока на основе STSPIN3F32, трехфазного контроллера со встроенным микроконтроллером STM0 и реализует 3-шунтирующие резисторы в качестве топологии считывания тока.
Это простое в использовании решение для оценки устройства в различных приложениях, таких как бытовая техника, вентиляторы, дроны и электроинструменты.
Плата разработана для сенсорного или бессенсорного полевого алгоритма управления с 3-х шунтирующим зондированием.
Рисунок 1. Оценочная плата STEVE-SPIN3201
Требования к оборудованию и программному обеспечению
Для использования оценочной платы STEVAL-SPIN3201 требуется следующее программное и аппаратное обеспечение:
- ПК с Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) для установки пакета программного обеспечения.
- Кабель mini-B USB для подключения платы STEVAL-SPIN3201 к ПК.
- Комплект разработчика программного обеспечения для управления двигателем STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Трехфазный бесщеточный двигатель постоянного тока с совместимым объемомtage и текущие рейтинги
- Внешний источник питания постоянного тока.
Начиная
Максимальные рейтинги платы следующие:
- Мощность сtagэлектронная поставка томtage (VS) от 8 В до 45 В
- Фазный ток двигателя до 15 Ампер
Чтобы начать свой проект с доской:
Шаг 1. Проверьте положение перемычки в соответствии с целевой конфигурацией. (см. раздел 4.3 Обнаружение перегрузки по току).
Шаг 2. Подключите двигатель к разъему J3, соблюдая последовательность фаз двигателя.
Шаг 3. Подайте питание на плату через входы 1 и 2 разъема J2. Загорится светодиод DL1 (красный).
Шаг 4. Разработайте свое приложение, используя комплект для разработки программного обеспечения STM32 Motor Control Rev Y (X-КУБЕМСКДК-Y).
Описание и конфигурация оборудования
Фигура 2. Расположение основных компонентов и разъемов показывает расположение основных компонентов и разъемов на плате.
Фигура 2. Расположение основных компонентов и разъемов
Таблица 1. Перемычки для установки оборудования обеспечивают подробную распиновку разъемов.
Таблица 1. Перемычки для установки оборудования
| Джемпер | Разрешенные конфигурации | Условие по умолчанию |
| JP1 | Выбор VREG, подключенного к двигателю V | ОТКРЫТЬ |
| JP2 | Выбор источника питания двигателя, подключенного к источнику постоянного тока | ЗАКРЫТО |
| JP3 | Выбор питания энкодера Холла к источнику питания USB (1) / VDD (3) | 1-2 ЗАКРЫТО |
| JP4 | Сброс выбора ST-LINK (U4) | ОТКРЫТЬ |
| JP5 | Выбор PA2 подключен к Холлу 3 | ЗАКРЫТО |
| JP6 | Выбор PA1 подключен к Холлу 2 | ЗАКРЫТО |
| JP7 | Выбор PA0 подключен к Холлу 1 | ЗАКРЫТО |
Таблица 2. Описание других разъемов, перемычек и контрольных точек
|
Имя |
Приколоть | Этикетка |
Описание |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Электропитание двигателя |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Основное питание устройства (ВМ) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | У, В, Ш | Подключение фаз трехфазного двигателя BLDC |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Разъем датчиков Холла / энкодера |
| 4 – 5 | J4 | Поставка датчиков Холла / энкодера | |
| J5 | – | J5 | USB-вход ST-LINK |
| J6 | 1 | 3В3 | Блок питания ST-LINK |
| 2 | КЛК | SWCLK ST-LINK | |
| 3 | Земля | Земля | |
| 4 | ДИО | SWDIO ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | КОРЗИНА |
| J8 | 1 – 2 | J8 | Сброс ST-LINK |
| TP1 | – | ГРЕГ | 12 В об.tagвыход регулятора |
| TP2 | – | Земля | Земля |
| TP3 | – | ВДД | ВДД |
| TP4 | – | СКОРОСТЬ | Выход потенциометра скорости |
| TP5 | – | ПА3 | PA3 GPIO (выход op-amp смысл 1) |
| TP6 | – | VBUS | Обратная связь VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Выход U |
| TP8 | – | ПА4 | PA4 GPIO (выход op-amp смысл 2) |
| TP9 | – | ПА5 | PA5 GPIO (выход op-amp смысл 3) |
| TP10 | – | Земля | Земля |
| TP11 | – | ВЫХ_В | Выход V |
| TP12 | – | ПА7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | ВЫХ_В | Мощность Вт |
| TP14 | – | 3В3 | 3V3 СТ-ЛИНК |
| TP15 | – | 5V | USB объемtage |
| TP16 | – | Ввод/вывод | SWD_IO |
| TP17 | – | КЛК | SWD_CLK |
Описание схемы
STEVAL-SPIN3201 представляет собой законченное решение с 3 шунтами для оптоволоконного кабеля, состоящее из STSPIN32F0 - усовершенствованного контроллера BLDC со встроенным микроконтроллером STM32 - и тройного полумоста.tage с NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 автономно генерирует всю необходимую мощность питания.tages: внутренний понижающий преобразователь постоянного / постоянного тока обеспечивает 3 В3, а внутренний линейный регулятор обеспечивает 12 В для драйверов затвора.
Формирование сигнала обратной связи по току осуществляется через три из рабочих ampвстроенные в устройство лиферы и внутренний компаратор обеспечивают максимальную токовую защиту от шунтирующих резисторов.
Две пользовательские кнопки, два светодиода и триммер доступны для реализации простых пользовательских интерфейсов (например, запуска / остановки двигателя и установки целевой скорости).
Плата STEVAL-SPIN3201 поддерживает квадратурный энкодер и цифровые датчики Холла в качестве обратной связи по положению двигателя.
Плата включает ST-LINK-V2, позволяющий пользователю отлаживать и загружать прошивку без каких-либо дополнительных аппаратных средств.
4.1 Датчик скорости двигателя Холла / энкодера
Оценочная плата STEVAL-SPIN3201 поддерживает цифровые датчики Холла и квадратурный энкодер в качестве обратной связи по положению двигателя.
Датчики могут быть подключены к STSPIN32F0 через разъем J4, указанный в
Таблица 3. Разъем Холла / энкодера (J4).
| Имя | Приколоть | Описание |
| Зал1 / A + | 1 | Датчик Холла 1 / выход энкодера A + |
| Зал2 / B + | 2 | Датчик Холла 2 / выход энкодера B + |
| Холл3 / Z + | 3 | Датчик Холла 3 / нулевой сигнал энкодера |
| Датчик VDD | 4 | Напряжение питания датчикаtage |
| Земля | 5 | Земля |
Последовательный резистор защиты 1 кОмΩ монтируется последовательно с выходами датчиков.
Для датчиков, требующих внешнего подтягивания, три резистора 10 кОм уже установлены на выходных линиях и подключены к VDD vol.tagе. На тех же линиях также доступны посадочные места для понижающих резисторов.
Перемычка JP3 выбирает источник питания для источника питания датчика.tage:
- Перемычка между контактом 1 - контактом 2: датчики Холла с питанием от VUSB (5 В)
- Перемычка между контактом 1 - контактом 2: датчики Холла с питанием от VDD (3.3 В)
Пользователь может отключить выходы датчиков от размыкающих перемычек GPIO MCU JP5, JP6 и JP7.
4.2 Измерение тока
В плате STEVAL-SPIN3201 преобразование сигнала измерения тока выполняется через три из рабочих ampлиферы, встроенные в устройство STSPIN32F0.
В типичном приложении FOC токи в трех полумостах измеряются с помощью шунтирующего резистора на источнике каждого переключателя малой мощности. Смысл томtagСигналы поступают в аналого-цифровой преобразователь для выполнения вычисления матрицы, относящейся к определенной методике управления. Эти чувственные сигналы обычно смещены и ampлифировано специальной оп-amps, чтобы использовать весь диапазон АЦП (см. рис. 3. Схема измерения тока exampле).
Рисунок 3. Схема измерения тока example
Сигналы считывания должны быть смещены и центрированы на VDD / 2 vol.tage (около 1.65 В) и ampснова стандартизирован, что обеспечивает соответствие между максимальным значением воспринимаемого сигнала и полным диапазоном АЦП.
Объемtagе сдвиг сtage вводит затухание (1 / Gp) сигнала обратной связи, которое вместе с коэффициентом усиления неинвертирующей конфигурации (Gn, фиксируется Rn и Rf), вносит вклад в общий коэффициент усиления (G). Как уже упоминалось, цель - установить общий ampусиление сети (G), так что объемtage на шунтирующем резисторе, соответствующем максимально допустимому току двигателя (пиковое значение ISmax номинального тока двигателя), соответствует диапазону напряженияtages читается АЦП.
Примечание что, как только G зафиксирован, лучше настроить его, максимально уменьшив начальное затухание 1 / Gp и, следовательно, коэффициент усиления Gn. Это важно не только для максимального увеличения сигнала за счет коэффициента шума, но и для уменьшения влияния оптического сигнала.amp внутреннее смещение на выходе (пропорционально Gn).
Усиление и поляризация об.tage (VOPout, pol) определяют рабочий диапазон схемы измерения тока:
Где:
- IS- = максимальный ток источника питания
- IS + = максимальный потребляемый ток, который может быть обнаружен схемой.
Таблица 4. STEVE-SPIN3201 op-amps поляризационная сеть
|
Параметр |
Ссылка на деталь | Рев. 1 |
Рев. 3 |
| Rp | Р14, Р24, Р33 | 560 Ом | 1.78 кОм |
| Ra | Р12, Р20, Р29 | 8.2 кОм | 27.4 кОм |
| Rb | Р15, Р25, Р34 | 560 Ом | 27.4 кОм |
| Rn | Р13, Р21, Р30 | 1 кОм | 1.78 кОм |
| Rf | Р9, Р19, Р28 | 15 кОм | 13.7 кОм |
| Cf | С15, С19, С20 | 100 пФ | Нью-Мексико |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOPout, пол | – | 1.74 В | 1.65 В |
4.3 Обнаружение перегрузки по току
На оценочной плате STEVAL-SPIN3201 реализована максимальная токовая защита на основе встроенного компаратора OC STSPIN32F0. Шунтирующие резисторы измеряют ток нагрузки каждой фазы. Резисторы R50, R51 и R52 доводят доtage сигналы, связанные с каждым током нагрузки на вывод OC_COMP. Когда пиковый ток, протекающий в одной из трех фаз, превышает выбранный порог, срабатывает встроенный компаратор, и все переключатели мощности на стороне высокого напряжения отключаются. Переключатели мощности с высокой стороны снова активируются, когда ток падает ниже порогового значения, тем самым реализуя защиту от перегрузки по току.
Текущие пороги для оценочной платы STEVAL-SPIN3201 перечислены в
Таблица 5. Пороги перегрузки по току.
| ПФ6 | ПФ7 | Внутренний комп. порог | Порог разгона |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 А |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 А |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 А |
Эти пороги можно изменить, заменив резистор смещения R43. Рекомендуется выбирать R43 выше 30 кОм. Чтобы вычислить значение R43 для целевого ограничения тока IOC, можно использовать следующую формулу:
где OC_COMPth - объемtagпорог внутреннего компаратора (выбирается PF6 и PF7), а VDD - это цифровое напряжение питания 3.3 Вtage обеспечивается внутренним понижающим преобразователем постоянного тока постоянного тока.
После удаления R43 формула текущего порога упрощается следующим образом:
4.4 Объем автобусаtagэлектронная схема
Оценочная плата STEVAL-SPIN3201 обеспечивает напряжение шиныtagе зондирование. Этот сигнал отправляется через vol.tage делитель от источника питания двигателя vol.tage (VBUS) (R10 и R16) и отправляется на PB1 GPIO (канал 9 АЦП) встроенного MCU. Сигнал также доступен на TP6.
4.5 Аппаратный пользовательский интерфейс
Плата включает в себя следующие элементы аппаратного пользовательского интерфейса:
- Потенциометр R6: устанавливает заданную скорость, напримерample
- Переключатель SW1: сбрасывает MCU STSPIN32F0 и ST-LINK V2
- Переключатель SW2: пользовательская кнопка 1
- Переключатель SW3: пользовательская кнопка 2
- Светодиод DL3: светодиод пользователя 1 (также включается при нажатии кнопки пользователя 1)
- Светодиод DL4: светодиод пользователя 2 (также включается при нажатии кнопок пользователя 2)
4.6 Отладка
В оценочную плату STEVAL-SPIN3201 встроен отладчик / программатор ST-LINK / V2-1. ST-LINK поддерживает следующие функции:
- Повторное перечисление программного обеспечения USB
- Интерфейс виртуального com-порта на USB, подключенный к контактам PB6 / PB7 STSPIN32F0 (UART1)
- Интерфейс накопителя на USB
Электропитание для ST-LINK обеспечивается главным компьютером через USB-кабель, подключенный к J5.
Светодиод LD2 предоставляет информацию о состоянии связи ST-LINK: - Красный светодиод медленно мигает: при включении перед инициализацией USB
- Красный светодиод быстро мигает: после первой правильной связи между ПК и ST-LINK / V2-1 (перечисление)
- Горит красный светодиод: инициализация между ПК и ST-LINK / V2-1 завершена.
- Горит зеленый светодиод: успешная инициализация связи с целевым объектом.
- Красный / зеленый светодиод мигает: во время связи с целью
- Зеленый горит: связь завершена и успешно
Функция сброса отключается от ST-LINK путем снятия перемычки J8.
История изменений
Таблица 6. История изменений документа
| Дата | Пересмотр | Изменения |
| 12-дек-20161 | 1 | Первоначальный выпуск. |
| 23-ноя-2017 | 2 | Добавлен Раздел 4.2: Измерение тока на странице 7. |
| 27-фев-2018 | 3 | Незначительные изменения по всему документу. |
| 18-авг-2021 | 4 | Незначительное исправление шаблона. |
STMicroelectronics NV и ее дочерние компании («ST») оставляют за собой право вносить изменения, исправления, улучшения, модификации и улучшения в продукты ST и / или в этот документ в любое время без предварительного уведомления. Перед размещением заказов покупатели должны получить самую последнюю актуальную информацию о продукции ST. Продукция ST продается в соответствии с условиями продажи ST, действующими на момент подтверждения заказа. Покупатели несут исключительную ответственность за выбор, выбор и использование продуктов ST, и ST не несет ответственности за помощь в применении или разработку продуктов Покупателей.
ВАЖНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ - ВНИМАТЕЛЬНО ПРОЧИТАЙТЕ
Компания ST не предоставляет никаких лицензий, явных или подразумеваемых, на какие-либо права интеллектуальной собственности.
Перепродажа продукции ST с условиями, отличными от изложенных в настоящем документе, аннулирует любую гарантию, предоставленную ST на такую продукцию.
ST и логотип ST являются товарными знаками ST. Для получения дополнительной информации о товарных знаках ST, пожалуйста, обратитесь к www.st.com/торговые марки. Все остальные названия продуктов или услуг являются собственностью их владельцев.
Информация в этом документе заменяет информацию, ранее предоставленную в предыдущих версиях этого документа.
© 2021 STMicroelectronics – Все права защищены
Документы/Ресурсы
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Усовершенствованный контроллер BLDC со встроенной оценочной платой микроконтроллера STM32 [pdf] Руководство пользователя UM2154, усовершенствованный контроллер BLDC STEVAL-SPIN3201 со встроенной оценочной платой микроконтроллера STM32 |
