život.augmentovaný
UM2154
Návod na použitie
STEVE-SPIN3201: pokročilý BLDC ovládač so zabudovanou vyhodnocovacou doskou STM32 MCU
Úvod
Doska STEVAL-SPIN3201 je 3-fázová bezkomutátorová doska jednosmerného motora založená na STSPIN32F0, 3-fázovom ovládači s integrovaným MCU STM32 a implementuje 3-bočné odpory ako topológiu čítania prúdu.
Poskytuje ľahko použiteľné riešenie na vyhodnotenie zariadenia v rôznych aplikáciách, ako sú domáce spotrebiče, ventilátory, drony a elektrické náradie.
Doska je určená pre senzorový alebo bezsenzorový poľne orientovaný riadiaci algoritmus s 3-bočným snímaním.
Obrázok 1. Hodnotiaca doska STEVE-SPIN3201
Hardvérové a softvérové požiadavky
Používanie vyhodnocovacej dosky STEVAL-SPIN3201 vyžaduje nasledujúci softvér a hardvér:
- Počítač so systémom Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) na inštaláciu softvérového balíka
- Mini-B USB kábel na pripojenie dosky STEVAL-SPIN3201 k PC
- Vývojová súprava softvéru STM32 Motor Control Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 3-fázový bezkomutátorový jednosmerný motor s kompatibilným objtage a aktuálne hodnotenia
- Externý zdroj jednosmerného prúdu.
Začíname
Maximálne hodnotenia dosky sú nasledovné:
- Spoločnosť Power stage zásoba objtage (VS) od 8 V do 45 V
- Fázový prúd motora do 15 Armov
Ak chcete spustiť projekt s tabuľou:
Krok 1. Skontrolujte polohu prepojky podľa cieľovej konfigurácie (Pozri časť 4.3 Detekcia nadprúdu
Krok 2. Pripojte motor ku konektoru J3, pričom dbajte na poradie fáz motora.
Krok 3. Napájajte dosku cez vstup 1 a 2 konektora J2. LED DL1 (červená) sa rozsvieti.
Krok 4. Vyviňte svoju aplikáciu pomocou súpravy STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Popis a konfigurácia hardvéru
Obrázok 2. Hlavné komponenty a pozície konektorov zobrazujú polohu hlavných komponentov a konektorov na doske.
Obrázok 2. Hlavné komponenty a pozície konektorov
Tabuľka 1. Prepojky hardvérového nastavenia poskytujú podrobné rozloženie konektorov.
Tabuľka 1. Prepojky hardvérového nastavenia
| Jumper | Povolené konfigurácie | Predvolený stav |
| JP1 | Výber VREG pripojeného k motoru V | OTVORENÉ |
| JP2 | Výber zdroja napájania motora pripojeného k zdroju jednosmerného prúdu | ZATVORENÉ |
| JP3 | Výber Hallovho napájacieho zdroja k napájaniu USB (1) / VDD (3). | 1 – 2 ZATVORENÉ |
| JP4 | Resetovanie výberu ST-LINK (U4) | OTVORENÉ |
| JP5 | Výber PA2 spojený s halou 3 | ZATVORENÉ |
| JP6 | Výber PA1 spojený s halou 2 | ZATVORENÉ |
| JP7 | Výber PA0 spojený s halou 1 | ZATVORENÉ |
Tabuľka 2. Ostatné konektory, prepojka a popis testovacích bodov
|
Meno |
Pin | Označenie |
Popis |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Napájanie motora |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Hlavný zdroj napájania zariadenia (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | 3-fázové pripojenie fáz motora BLDC |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Konektor snímačov Hall/kóder |
| 4 – 5 | J4 | Napájanie Hallových snímačov/kódovačov | |
| J5 | – | J5 | USB vstup ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | napájanie ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK od ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO od ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | KOŠÍK |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK reset |
| TP1 | – | GREG | 12 V zvtage výstup regulátora |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | RÝCHLOSŤ | Výstup potenciometra rýchlosti |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (výstupné op-amp zmysel 1) |
| TP6 | – | V-BUS | Spätná väzba VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Výstup U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (výstupné op-amp zmysel 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (výstupné op-amp zmysel 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Výstup V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Výstup W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB objtage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Popis zapojenia
STEVAL-SPIN3201 poskytuje kompletné 3-spojkové riešenie FOC zložené z STSPIN32F0 – pokročilého BLDC ovládača so zabudovaným STM32 MCU – a trojitého polovičného mostíka napájania stage s NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 autonómne generuje všetky požadované napájacie objemytages: interný DC/DC buck konvertor poskytuje 3V3 a interný lineárny regulátor poskytuje 12V pre ovládače brány.
Úprava aktuálneho spätnoväzbového signálu sa vykonáva prostredníctvom troch operačných amplifikátory zabudované do zariadenia a interný komparátor vykonáva nadprúdovú ochranu pred bočnými odpormi.
Na implementáciu jednoduchých používateľských rozhraní (napr. spustenie/zastavenie motora a nastavenie cieľovej rýchlosti) sú k dispozícii dve používateľské tlačidlá, dve LED diódy a trimr.
Doska STEVAL-SPIN3201 podporuje kvadratúrny enkodér a digitálne Hallove senzory ako spätnú väzbu o polohe motora.
Doska obsahuje ST-LINK-V2, ktorý umožňuje používateľovi ladiť a sťahovať firmvér bez akéhokoľvek ďalšieho hardvérového nástroja.
4.1 Snímač otáčok motora Hall/encoder
Vyhodnocovacia doska STEVAL-SPIN3201 podporuje digitálne Hallove a kvadratúrne snímače enkodéra ako spätnú väzbu o polohe motora.
Senzory je možné pripojiť k STSPIN32F0 cez konektor J4 uvedený v
Tabuľka 3. Hall/konektor kódovača (J4).
| Meno | Pin | Popis |
| Hala 1/A+ | 1 | Hallov snímač 1/kóder výstup A+ |
| Hala 2/B+ | 2 | Hallov snímač 2/kóder na výstupe B+ |
| Hala 3/Z+ | 3 | Hallov snímač 3/kodér nulová spätná väzba |
| VDD snímač | 4 | Napájanie snímača objtage |
| GND | 5 | Ground |
Ochranný sériový odpor 1 kΩ je namontovaný v sérii so senzorovými výstupmi.
Pre snímače vyžadujúce externý pull-up sú už na výstupných vedeniach namontované tri 10 kΩ odpory a pripojené k VDD vol.tage. Na rovnakých linkách je k dispozícii aj pôdorys pre sťahovacie odpory.
Prepojkou JP3 sa volí napájanie pre napájanie snímača objtage:
- Prepojka medzi kolíkmi 1 – kolíkmi 2: Hallove senzory napájané VUSB (5 V)
- Prepojka medzi kolíkmi 1 – kolíkmi 2: Hallove senzory napájané VDD (3.3 V)
Užívateľ môže odpojiť výstupy senzorov z otváracích prepojok MCU GPIO JP5, JP6 a JP7.
4.2 Snímanie prúdu
Na doske STEVAL-SPIN3201 sa úprava aktuálneho signálu snímania vykonáva prostredníctvom troch prevádzkových amplifikátory zabudované do zariadenia STSPIN32F0.
V typickej aplikácii FOC sú prúdy v troch polovičných mostíkoch snímané pomocou bočného odporu na zdroji každého vypínača na nízkej strane. Zmysel svtagSignály sa privádzajú do analógovo-digitálneho prevodníka, aby sa vykonal maticový výpočet súvisiaci s určitou riadiacou technikou. Tieto zmyslové signály sú zvyčajne posunuté a ampvedený oddaným op-amps, aby ste využili celý rozsah ADC (pozri obrázok 3. Schéma snímania prúdu naprample).
Obrázok 3. Schéma snímania prúdu naprample
Snímané signály musia byť posunuté a vycentrované na VDD/2 objtage (asi 1.65 V) a ampopäť lifikované, čo poskytuje prispôsobenie medzi maximálnou hodnotou snímaného signálu a celým rozsahom ADC.
Zvtage radenie stage zavádza útlm (1/Gp) spätnoväzbového signálu, ktorý spolu so ziskom neinvertujúcej konfigurácie (Gn, fixovaný Rn a Rf) prispieva k celkovému zisku (G). Ako už bolo spomenuté, cieľom je nastolenie celkového ampzisk lifikačnej siete (G) tak, aby objtage na bočnom rezistore zodpovedajúcom maximálnemu povolenému prúdu motora (ISmax špičková hodnota menovitého prúdu motora) zodpovedá rozsahu obj.tagje čitateľný ADC.
Poznámka že keď je G fixné, je lepšie ho nakonfigurovať znížením počiatočného útlmu 1/Gp čo najviac, a teda aj zisku Gn. To je dôležité nielen pre maximalizáciu signálu o pomer šumu, ale aj pre zníženie efektu op-amp vlastný offset na výstupe (úmerný Gn).
Zisk a polarizácia objtage (VOPout, pol) určiť operačný rozsah obvodov snímania prúdu:
kde:
- IS- = maximálny dodávaný prúd
- IS+ = maximálny ponorený prúd, ktorý môže obvod snímať.
Tabuľka 4. STEVE-SPIN3201 op-amps polarizačnou sieťou
|
Parameter |
Odkaz na časť | 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 Detekcia nadprúdu
Vyhodnocovacia doska STEVAL-SPIN3201 implementuje nadprúdovú ochranu založenú na integrovanom OC komparátore STSPIN32F0. Bočné odpory merajú zaťažovací prúd každej fázy. Rezistory R50, R51 a R52 privádzajú objtage signály spojené s každým zaťažovacím prúdom na kolíku OC_COMP. Keď špičkový prúd tečúci v jednej z troch fáz prekročí zvolenú prahovú hodnotu, spustí sa integrovaný komparátor a všetky spínače vysokého výkonu sú deaktivované. Spínače vysokého napätia sa znova aktivujú, keď prúd klesne pod prahovú hodnotu, čím sa implementuje nadprúdová ochrana.
Aktuálne prahové hodnoty pre hodnotiacu dosku STEVAL-SPIN3201 sú uvedené v
Tabuľka 5. Nadprúdové prahy.
| PF6 | PF7 | Interná komp. prah | OC prah |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Tieto prahové hodnoty je možné upraviť zmenou predpätia R43. Odporúča sa zvoliť R43 vyšší ako 30 kΩ. Na výpočet hodnoty R43 pre cieľový prúdový limit IOC možno použiť nasledujúci vzorec:
kde OC_COMPth je objtage prah interného komparátora (vybraný PF6 a PF7) a VDD je 3.3 V digitálny napájací obj.tage zabezpečuje interný prevodník DCDC buck.
Po odstránení R43 sa súčasný prahový vzorec zjednoduší takto:
4.4 Autobus objtage obvod
Vyhodnocovacia doska STEVAL-SPIN3201 poskytuje zbernicu objtage snímanie. Tento signál sa vysiela cez objtage delič z napájania motora objtage (VBUS) (R10 a R16) a odoslané do PB1 GPIO (kanál 9 ADC) vstavaného MCU. Signál je dostupný aj na TP6.
4.5 Používateľské rozhranie hardvéru
Doska obsahuje nasledujúce položky hardvérového používateľského rozhrania:
- Potenciometer R6: nastavuje cieľovú rýchlosť, naprample
- Prepínač SW1: resetuje STSPIN32F0 MCU a ST-LINK V2
- Prepínač SW2: používateľské tlačidlo 1
- Prepínač SW3: používateľské tlačidlo 2
- LED DL3: užívateľská LED 1 (tiež sa rozsvieti po stlačení tlačidla užívateľa 1)
- LED DL4: používateľská LED 2 (zapne sa aj po stlačení používateľských 2 tlačidiel)
4.6 Ladiť
Hodnotiaca doska STEVAL-SPIN3201 obsahuje debugger/programátor ST-LINK/V2-1. Funkcie podporované na ST-LINK sú:
- Opätovné vymenovanie softvéru USB
- Rozhranie virtuálneho com portu na USB pripojené k PB6/PB7 kolíkom STSPIN32F0 (UART1)
- Veľkokapacitné pamäťové rozhranie na USB
Napájanie pre ST-LINK zabezpečuje hostiteľský počítač cez USB kábel pripojený k J5.
LED LD2 poskytuje informácie o stave komunikácie ST-LINK: - Červená LED pomaly bliká: pri zapnutí pred inicializáciou USB
- Červená LED rýchlo bliká: po prvej správnej komunikácii medzi PC a ST-LINK/V2-1 (vyčíslenie)
- Červená LED svieti: inicializácia medzi PC a ST-LINK/V2-1 je dokončená
- Zelená LED svieti: úspešná inicializácia cieľovej komunikácie
- Červená/zelená LED bliká: počas komunikácie s cieľom
- Svieti zelená: komunikácia ukončená a úspešná
Funkcia reset sa odpojí od ST-LINK odstránením prepojky J8.
História revízií
Tabuľka 6. História revízií dokumentu
| Dátum | Revízia | Zmeny |
| 12-december-20161 | 1 | Prvotné uvoľnenie. |
| 23. novembra-2017 | 2 | Pridaná časť 4.2: Snímanie prúdu na strane 7. |
| 27. februára 2018 | 3 | Drobné úpravy v celom dokumente. |
| 18-Aug-2021 | 4 | Menšia úprava šablóny. |
STMicroelectronics NV a jej dcérske spoločnosti (“ST”) si vyhradzujú právo vykonávať zmeny, opravy, vylepšenia, úpravy a vylepšenia produktov ST a/alebo tohto dokumentu kedykoľvek bez upozornenia. Kupujúci by mali pred zadaním objednávky získať najnovšie relevantné informácie o produktoch ST. Produkty ST sa predávajú v súlade s obchodnými podmienkami ST platnými v čase potvrdenia objednávky. Kupujúci sú výhradne zodpovední za výber, výber a používanie produktov ST a ST nepreberá žiadnu zodpovednosť za pomoc pri aplikácii alebo dizajn produktov kupujúcich.
DÔLEŽITÉ UPOZORNENIE - PREČÍTAJTE SI POZORNE
Spoločnosť ST tu neudeľuje žiadnu licenciu, výslovnú ani implicitnú, na akékoľvek právo duševného vlastníctva.
Opätovný predaj produktov ST s ustanoveniami odlišnými od informácií uvedených v tomto dokumente ruší akúkoľvek záruku poskytnutú spoločnosťou ST na takýto produkt.
ST a logo ST sú ochranné známky spoločnosti ST. Ďalšie informácie o ochranných známkach ST nájdete na www.st.com/trademarks. Všetky ostatné názvy produktov alebo služieb sú majetkom ich príslušných vlastníkov.
Informácie v tomto dokumente nahrádzajú a nahrádzajú informácie predtým uvedené v akýchkoľvek predchádzajúcich verziách tohto dokumentu.
© 2021 STMicroelectronics – Všetky práva vyhradené
Dokumenty / zdroje
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Pokročilý BLDC ovládač so zabudovanou vyhodnocovacou doskou STM32 MCU [pdfPoužívateľská príručka UM2154, STEVAL-SPIN3201 Pokročilý BLDC ovládač so zabudovanou vyhodnocovacou doskou STM32 MCU |
