UM2154 STEVAL-SPIN3201 Napredni krmilnik BLDC z vgrajeno ploščo za ocenjevanje STM32 MCU Uporabniški priročnik

življenje.agmentirano
UM2154

Uporabniški priročnik

STEVE-SPIN3201: napredni krmilnik BLDC z vgrajeno ocenjevalno ploščo STM32 MCU

Vsebina skriti

1 Uvod

2 Zahteve glede strojne in programske opreme

3 Začetek

4 Opis in konfiguracija strojne opreme

Uvod

Plošča STEVAL-SPIN3201 je 3-fazna brezkrtačna gonilna plošča enosmernega motorja, ki temelji na STSPIN32F0, 3-faznem krmilniku z integriranim STM32 MCU, in implementira 3-shunt upore kot topologijo branja toka.
Zagotavlja rešitev, ki je enostavna za uporabo za ocenjevanje naprave v različnih aplikacijah, kot so gospodinjski aparati, ventilatorji, droni in električna orodja.
Plošča je zasnovana za senzoriziran ali brezsenzorski usmerjen krmilni algoritem s 3-shunt zaznavanjem.

Slika 1. Ocenjevalna plošča STEVE-SPIN3201

Zahteve glede strojne in programske opreme

Za uporabo ocenjevalne plošče STEVAL-SPIN3201 je potrebna naslednja programska in strojna oprema:

osebni računalnik Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) za namestitev programskega paketa
Mini-B USB kabel za povezavo plošče STEVAL-SPIN3201 z računalnikom

Komplet za razvoj programske opreme za krmiljenje motorja STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
3-fazni brezkrtačni enosmerni motor z združljivo voltage in trenutne ocene

Zunanji DC napajalnik.

Začetek

Najvišje ocene odbora so naslednje:

Moč stage dobava voltage (VS) od 8 V do 45 V
Fazni tok motorja do 15 Arm

Za začetek projekta z desko:

korak 1. Preverite položaj mostička glede na ciljno konfiguracijo (glejte razdelek 4.3 Zaznavanje prekomernega toka
korak 2. Priključite motor na konektor J3, pri čemer pazite na zaporedje faz motorja.
korak 3. Napajajte ploščo prek vhoda 1 in 2 konektorja J2. DL1 (rdeča) LED se bo prižgala.
korak 4. Razvijte svojo aplikacijo z uporabo STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).

Opis in konfiguracija strojne opreme

Slika 2. Položaji glavnih komponent in priključkov kažejo položaj glavnih komponent in konektorjev na plošči.
Slika 2. Položaji glavnih komponent in priključkov

Tabela 1. Skoki za nastavitev strojne opreme zagotavljajo podroben razpon priključkov.
Tabela 1. Skoki za nastavitev strojne opreme

Skakalec	Dovoljene konfiguracije	Privzeto stanje
JP1	Izbira VREG priključenega na V motor	ODPRTO
JP2	Izbira napajanja motorja priključena na enosmerni napajalnik	ZAPRTO
JP3	Izbira Napajanje dajalnika Hall na napajanje USB (1) / VDD (3).	1 – 2 ZAPRTO
JP4	Ponastavitev izbire ST-LINK (U4)	ODPRTO
JP5	Izbor PA2 povezan s dvorano 3	ZAPRTO
JP6	Izbor PA1 povezan s dvorano 2	ZAPRTO
JP7	Izbor PA0 povezan s dvorano 1	ZAPRTO

Tabela 2. Opis drugih priključkov, mostičkov in testnih točk

Ime	Pin	Oznaka	Opis
J1	1 – 2	J1	Napajanje motorja
J2	1 – 2	J2	Glavno napajanje naprave (VM)
J3	1 – 2 – 3	U, V, W	Povezava faz 3-faznega BLDC motorja
J4	1 – 2 – 3	J4	Priključek za senzorje Hall/kodirnika
J4	4 – 5	J4	Hallovi senzorji/dajalnik
J5	–	J5	USB vhod ST-LINK
J6	1	3V3	Napajalnik ST-LINK
	2	CLK	SWCLK od ST-LINK
	3	GND	GND
	4	DIO	SWDIO za ST-LINK
J7	1 – 2	J7	VOZIČEK
J8	1 – 2	J8	ST-LINK ponastavi
TP1	–	GREG	12 V zvtage izhod regulatorja
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	HITROST	Izhod potenciometra hitrosti
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (izhod op-amp smisel 1)
TP6	–	V-BUS	Povratne informacije VBus
TP7	–	OUT_U	Izhod U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (izhod op-amp smisel 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (izhod op-amp smisel 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	OUT_V	Izhod V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	OUT_W	Izhod W
TP14	–	3V3	3V3 ST-LINK
TP15	–	5V	USB voltage
TP16	–	I/O	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

Opis vezja

STEVAL-SPIN3201 ponuja popolno 3-shunt FOC rešitev, sestavljeno iz STSPIN32F0 – naprednega krmilnika BLDC z vgrajenim STM32 MCU – in trojnega polmostnega napajalnika.tage z NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 avtonomno generira vse potrebne količine oskrbetages: notranji DC/DC pretvornik zagotavlja 3V3, notranji linearni regulator pa 12 V za gonilnike vrat.
Kondicioniranje trenutnega povratnega signala se izvaja skozi tri operativne ampomejevalniki, ki so vgrajeni v napravo, in notranji primerjalnik izvajata pretokovno zaščito pred shunt upori.
Za izvajanje preprostih uporabniških vmesnikov (npr. zagon/ustavitev motorja in nastavitev ciljne hitrosti) sta na voljo dva uporabniška gumba, dve LED diodi in trimer.
Plošča STEVAL-SPIN3201 podpira kvadraturni dajalnik in digitalne Hallove senzorje kot povratne informacije o položaju motorja.
Plošča vključuje ST-LINK-V2, ki uporabniku omogoča odpravljanje napak in prenos vdelane programske opreme brez dodatnega strojnega orodja.

4.1 Hallov senzor hitrosti motorja/dajalnik
Ocenjevalna plošča STEVAL-SPIN3201 podpira digitalne senzorje Hall in kvadraturni dajalnik kot povratne informacije o položaju motorja.
Senzorje je mogoče povezati na STSPIN32F0 prek konektorja J4, ki je naveden v

Tabela 3. Konektor Hall/dajalnik (J4).

Ime	Pin	Opis
Dvorana 1/A+	1	Hall senzor 1/dajalnik izhod A+
Dvorana 2/B+	2	Hall senzor 2/dajalnik izhod B+
Dvorana3/Z+	3	Hall senzor 3/dajalnik nič povratne informacije
VDD senzor	4	Napajanje senzorja voltage
GND	5	Tla

Zaščitni serijski upor 1 kΩ je nameščen v seriji s senzorskimi izhodi.
Za senzorje, ki zahtevajo zunanji vlečni upor, so trije upori 10 kΩ že nameščeni na izhodnih vodah in priključeni na VDD vol.tage. Na istih vrsticah je na voljo tudi odtis za padajoče upore.

Skakalec JP3 izbere napajanje za dovod senzorja voltage:

Preskak med zatičem 1 – zatičem 2: Hallovi senzorji, ki jih napaja VUSB (5 V)

Skakalec med zatičem 1 – nožem 2: Hallovi senzorji, ki jih napaja VDD (3.3 V)
Uporabnik lahko odklopi izhode senzorja iz odpiralnih mostičkov MCU GPIO JP5, JP6 in JP7.

4.2 Zaznavanje toka

V plošči STEVAL-SPIN3201 se kondicioniranje signala zaznavanja toka izvaja prek treh operativnih ampomejevalniki, vgrajeni v napravo STSPIN32F0.
V tipični aplikaciji FOC se tokovi v treh polmostovih zaznajo s pomočjo shunt upora na viru vsakega stikala za nizko napajalno napetost. Smisel voltagSignali se posredujejo analogno-digitalnemu pretvorniku, da se izvede matrični izračun, povezan z določeno tehniko krmiljenja. Ti čutilni signali so običajno premaknjeni in amplificiran s posebnimi op-amps, da izkoristite celoten obseg ADC (glejte sliko 3. Shema zaznavanja toka npr.ample).

Slika 3. Shema zaznavanja toka nprample

Zaznavne signale je treba premakniti in centrirati na VDD/2 voltage (približno 1.65 V) in ampponovno lified, ki zagotavlja ujemanje med največjo vrednostjo zaznanega signala in celotnim obsegom ADC.
Voltage prestavljanje stage uvaja slabljenje (1/Gp) povratnega signala, ki skupaj z ojačenjem neinvertirajoče konfiguracije (Gn, določeno z Rn in Rf) prispeva k skupnemu ojaču (G). Kot že omenjeno, je cilj vzpostaviti celotno ampojačenje omrežja (G), tako da je voltage na shunt uporu, ki ustreza največjemu dovoljenemu toku motorja (ISmax najvišja vrednost nazivnega toka motorja), ustreza območju vol.tagADC je berljiv.

Opomba da je, ko je G fiksiran, bolje, da ga konfigurirate tako, da čim bolj znižate začetno dušenje 1/Gp in s tem ojačenje Gn. To je pomembno ne le za povečanje signala z razmerjem hrupa, ampak tudi za zmanjšanje učinka op-amp notranji odmik na izhodu (sorazmeren z Gn).

Ojačenje in polarizacija voltage (VOPout, pol) določi območje delovanja vezja za zaznavanje toka:

kje:

IS- = največji izvirni tok
IS+ = največji potopljeni tok, ki ga lahko zazna vezje.

Tabela 4. STEVE-SPIN3201 op-amps polarizacijsko mrežo

Parameter	Referenca dela	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 Zaznavanje prekomernega toka

Ocenjevalna plošča STEVAL-SPIN3201 izvaja pretokovno zaščito na podlagi vgrajenega primerjalnika OC STSPIN32F0. Shunt upori merijo obremenitveni tok vsake faze. Upori R50, R51 in R52 prinašajo voltage signali, povezani z vsakim obremenitvenim tokom na pin OC_COMP. Ko vršni tok, ki teče v eni od treh faz, preseže izbrani prag, se vgrajeni primerjalnik sproži in vsa stikala za visoko moč so onemogočena. Močna stikala na visoki strani so ponovno omogočena, ko tok pade pod prag, s čimer se izvaja pretokovna zaščita.
Trenutni pragovi za ocenjevalno ploščo STEVAL-SPIN3201 so navedeni v

Tabela 5. Pretokovni pragi.

PF6	PF7	Notranji komp. prag	OC prag
0	1	100 mV	20 A
1	0	250 mV	65 A
1	1	500 mV	140 A

Te mejne vrednosti je mogoče spremeniti s spremembo prednapetostnega upora R43. Priporočljivo je, da izberete R43 višji od 30 kΩ. Za izračun vrednosti R43 za ciljno mejo toka IOC se lahko uporabi naslednja formula:

kjer je OC_COMPth zvtage prag notranjega primerjalnika (ki ga izbereta PF6 in PF7), VDD pa je 3.3 V digitalni napajalni voltage, ki ga zagotavlja notranji pretvornik DCDC.
Če odstranite R43, je formula trenutnega praga poenostavljena na naslednji način:

4.4 Avtobus zvtage vezje

Ocenjevalna plošča STEVAL-SPIN3201 zagotavlja bus voltage zaznavanje. Ta signal se pošlje prek zvtage delilnik iz dovoda motorja voltage (VBUS) (R10 in R16) in poslana na PB1 GPIO (kanal 9 ADC) vgrajenega MCU. Signal je na voljo tudi na TP6.

4.5 Uporabniški vmesnik strojne opreme

Plošča vključuje naslednje elemente uporabniškega vmesnika strojne opreme:

Potenciometer R6: nastavi ciljno hitrost, nprample
Stikalo SW1: ponastavi STSPIN32F0 MCU in ST-LINK V2

Stikalo SW2: uporabniški gumb 1
Stikalo SW3: uporabniški gumb 2
LED DL3: uporabniška LED 1 (vklopi se tudi, ko pritisnete gumb uporabnika 1)

LED DL4: uporabniška LED 2 (vžge se tudi, ko pritisnete gumba 2 uporabnika)

4.6 Odpravljanje napak

V ocenjevalno ploščo STEVAL-SPIN3201 je vgrajen razhroščevalnik/programator ST-LINK/V2-1. Funkcije, ki jih podpira ST-LINK, so:

Ponovno naštevanje programske opreme USB
Vmesnik navideznega com porta na USB, povezan z zatiči PB6/PB7 STSPIN32F0 (UART1)
Vmesnik za množično shranjevanje na USB
Napajanje za ST-LINK zagotavlja gostiteljski računalnik prek kabla USB, ki je priključen na J5.
LED LD2 zagotavlja informacije o stanju komunikacije ST-LINK:

Rdeča LED utripa počasi: ob vklopu pred inicializacijo USB
Rdeča LED hitro utripa: po prvi pravilni komunikaciji med osebnim računalnikom in ST-LINK/V2-1 (naštevanje)
Rdeča LED sveti: inicializacija med osebnim računalnikom in ST-LINK/V2-1 je končana

Zelena LED sveti: uspešna inicializacija ciljne komunikacije
Rdeča/zelena LED utripa: med komunikacijo s tarčo
Zelena ON: komunikacija končana in uspešna
Funkcija ponastavitve je odklopljena od ST-LINK z odstranitvijo mostička J8.

Zgodovina revizij

Tabela 6. Zgodovina revizij dokumenta

Datum	Revizija	Spremembe
12. december 20161	1	Začetna izdaja.
23-2017	2	Dodan razdelek 4.2: Zaznavanje toka na strani 7.
27-2018.feb	3	Manjše spremembe v celotnem dokumentu.
18-avg-2021	4	Manjši popravek predloge.

STMicroelectronics NV in njene hčerinske družbe (»ST«) si pridržujejo pravico do sprememb, popravkov, izboljšav, modifikacij in izboljšav izdelkov ST in/ali tega dokumenta kadar koli brez predhodnega obvestila. Kupci morajo pred oddajo naročil pridobiti najnovejše ustrezne informacije o izdelkih ST. Izdelki ST se prodajajo v skladu s prodajnimi pogoji ST, ki veljajo v času potrditve naročila. Kupci so izključno odgovorni za izbiro, izbiro in uporabo izdelkov ST in ST ne prevzema nobene odgovornosti za pomoč pri uporabi ali načrtovanje izdelkov kupcev.

POMEMBNO OBVESTILO - PROSIMO, DA PREBERETE POZORNO

ST v tem dokumentu ne podeljuje nobene licence, izrecne ali implicitne, za katero koli pravico do intelektualne lastnine.
Nadaljnja prodaja izdelkov ST z določbami, ki se razlikujejo od informacij, navedenih v tem dokumentu, razveljavi vsako garancijo, ki jo ST odobri za tak izdelek.
ST in logotip ST sta blagovni znamki ST. Za dodatne informacije o blagovnih znamkah ST si oglejte www.st.com/trademarks. Vsa druga imena izdelkov ali storitev so last njihovih lastnikov.
Informacije v tem dokumentu prevladajo in nadomeščajo informacije, ki so bile predhodno navedene v kateri koli prejšnji različici tega dokumenta.