jeta.pamur
UM2154
Manuali i përdorimit
STEVE-SPIN3201: kontrollues i avancuar BLDC me bordin e vlerësimit të integruar STM32 MCU
Hyrje
Pllaka STEVAL-SPIN3201 është një tabelë drejtuese e motorit DC pa furçë 3-fazore e bazuar në STSPIN32F0, një kontrollues 3-fazor me një MCU të integruar STM32 dhe zbaton rezistorë 3-shunt si topologji aktuale të leximit.
Ofron një zgjidhje të lehtë për t'u përdorur për vlerësimin e pajisjes në aplikacione të ndryshme si pajisje shtëpiake, ventilatorë, drone dhe vegla elektrike.
Pllaka është projektuar për algoritmin e kontrollit të orientuar drejt fushës me sensorë ose pa sensorë me sensor 3-shunt.
Figura 1. Bordi i vlerësimit STEVE-SPIN3201
Kërkesat për harduer dhe softuer
Përdorimi i tabelës së vlerësimit STEVAL-SPIN3201 kërkon softuerin dhe harduerin e mëposhtëm:
- Një kompjuter Windows® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) për të instaluar paketën e softuerit
- Një kabllo USB mini-B për të lidhur tabelën STEVAL-SPIN3201 me kompjuterin
- Kompleti i zhvillimit të softuerit të kontrollit të motorit STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- Një motor DC 3-fazor pa furça me një vëllim të pajtueshëmtage dhe vlerësimet aktuale
- Një furnizim i jashtëm me energji DC.
Duke filluar
Vlerësimet maksimale të bordit janë si më poshtë:
- Fuqia stage furnizimit voltage (VS) nga 8 V në 45 V
- Rryma e fazës motorike deri në 15 krahë
Për të filluar projektin tuaj me bordin:
Hapi 1. Kontrolloni pozicionin e kërcyesit sipas konfigurimit të objektivit (shih seksionin 4.3 Zbulimi i mbirrymës
Hapi 2. Lidheni motorin me lidhësin J3 duke u kujdesur për sekuencën e fazave të motorit.
Hapi 3. Furnizoni bordin përmes hyrjes 1 dhe 2 të lidhësit J2. LED DL1 (e kuqe) do të ndizet.
Hapi 4. Zhvilloni aplikacionin tuaj duke përdorur STM32 Motor Control Software Development Kit Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Përshkrimi dhe konfigurimi i harduerit
Figura 2. Komponentët kryesorë dhe pozicionet e lidhësve tregojnë pozicionin e përbërësve kryesorë dhe lidhësve në tabelë.
Figura 2. Komponentët kryesorë dhe pozicionet e lidhësve
Tabela 1. Kërcuesit e konfigurimit të harduerit ofrojnë pikën e detajuar të lidhësve.
Tabela 1. Kërcejtë e vendosjes së harduerit
| kërcyes | Konfigurimet e lejuara | Kushti i parazgjedhur |
| JP1 | Zgjedhja e VREG e lidhur me motorin V | HAPUR |
| JP2 | Furnizimi me energji motori i përzgjedhur i lidhur me furnizimin me energji DC | MBYLLUR |
| JP3 | Furnizimi me kodues të sallës së përzgjedhjes me furnizimin me energji USB (1) / VDD (3). | 1 – 2 MBYLLUR |
| JP4 | Rivendosja e përzgjedhjes së ST-LINK (U4) | HAPUR |
| JP5 | Zgjedhja PA2 e lidhur me Sallën 3 | MBYLLUR |
| JP6 | Zgjedhja PA1 e lidhur me Sallën 2 | MBYLLUR |
| JP7 | Zgjedhja PA0 e lidhur me Sallën 1 | MBYLLUR |
Tabela 2. Përshkrimi i lidhësve të tjerë, kërcyesit dhe pikave të provës
|
Emri |
Pin | Etiketa |
Përshkrimi |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Furnizimi me energji motorike |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Furnizimi kryesor me energji elektrike i pajisjes (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U, V, W | Lidhja e fazave të motorit BLDC 3-fazore |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Lidhës i sensorëve të sallës/koderit |
| 4 – 5 | J4 | Furnizimi me sensorë të sallës/koder | |
| J5 | – | J5 | Hyrja USB ST-LINK |
| J6 | 1 | 3 V3 | Furnizimi me energji ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK e ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO e ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | Karroca |
| J8 | 1 – 2 | J8 | Rivendosja e ST-LINK |
| TP1 | – | GREG | 12 V vëlltage daljes së rregullatorit |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | SHPEJTËSI | Dalja e potenciometrit të shpejtësisë |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (opsioni i daljes-amp kuptimi 1) |
| TP6 | – | V-BUS | Reagime VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Dalja U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (opsioni i daljes-amp kuptimi 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (opsioni i daljes-amp kuptimi 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Dalja V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Prodhimi W |
| TP14 | – | 3 V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB VOLtage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Përshkrimi i Circuit
STEVAL-SPIN3201 ofron një zgjidhje të plotë FOC me 3 shunt të përbërë nga një STSPIN32F0 - kontrollues i avancuar BLDC me një MCU të integruar STM32 - dhe një fuqi të trefishtë gjysmë urëtage me NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 gjeneron në mënyrë autonome të gjithë vëllimin e furnizimit të kërkuartages: konverteri i brendshëm DC/DC buck siguron 3V3 dhe një rregullator i brendshëm linear siguron 12 V për drejtuesit e portës.
Kushtëzimi aktual i sinjalit të reagimit kryhet përmes tre prej operacioneve amplifiers të ngulitur në pajisje dhe një krahasues i brendshëm kryen mbrojtje nga mbirryma nga rezistorët shunt.
Dy butona përdoruesi, dy LED dhe një makinë prerëse janë të disponueshme për të zbatuar ndërfaqe të thjeshta të përdoruesit (p.sh. ndezja/ndalimi i motorit dhe vendosja e shpejtësisë së synuar).
Pllaka STEVAL-SPIN3201 mbështet koduesin kuadraturë dhe sensorët dixhitalë Hall si reagime për pozicionin e motorit.
Pllaka përfshin një ST-LINK-V2 që lejon përdoruesin të korrigjojë dhe shkarkojë firmware pa ndonjë mjet shtesë harduerësh.
4.1 Sensori i shpejtësisë së motorit të sallës/koderit
Tabela e vlerësimit STEVAL-SPIN3201 mbështet sensorët dixhital Hall dhe kodues kuadraturash si reagime për pozicionin e motorit.
Sensorët mund të lidhen me STSPIN32F0 përmes lidhësit J4 të listuar në
Tabela 3. Lidhësi i sallës/koderit (J4).
| Emri | Pin | Përshkrimi |
| Salla 1/A+ | 1 | Sensori i sallës 1/ekoduesi jashtë A+ |
| Salla 2/B+ | 2 | Sensori i sallës 2/nga koduesi B+ |
| Salla 3/Z+ | 3 | Sensori Hall 3/koder zero reagime |
| Sensori VDD | 4 | Furnizimi me sensor voltage |
| GND | 5 | Tokë |
Një rezistencë e serisë mbrojtëse prej 1 kΩ është montuar në një seri me dalje sensori.
Për sensorët që kërkojnë një tërheqje të jashtme, tre rezistorë 10 kΩ janë montuar tashmë në linjat e daljes dhe të lidhur me VDD voltage. Në të njëjtat linja, disponohet edhe një gjurmë për rezistorët tërheqës.
Kërcuesi JP3 zgjedh furnizimin me energji elektrike për furnizimin e sensorit voltage:
- Kërcimtar midis kunjit 1 – kunjit 2: Sensorët e sallës të mundësuar nga VUSB (5 V)
- Kërcimtar midis kunjit 1 – kunjit 2: Sensorët e sallës të mundësuar nga VDD (3.3 V)
Përdoruesi mund të shkëputë daljet e sensorit nga kërcyesit e hapjes MCU GPIO JP5, JP6 dhe JP7.
4.2 Ndjeshmëria e rrymës
Në tabelën STEVAL-SPIN3201, kondicionimi i sinjalit të sensorit aktual kryhet nëpërmjet tre prej funksioneve amplifiers të ngulitur në pajisjen STSPIN32F0.
Në një aplikim tipik FOC, rrymat në tre gjysmë urat ndjehen duke përdorur një rezistencë shunt në burimin e çdo ndërprerës të fuqisë anësore të ulët. Shqisa vëlltagSinjalet i jepen një konverteri analog në dixhital për të kryer llogaritjen e matricës në lidhje me një teknikë të caktuar kontrolli. Ato sinjale shqisore zakonisht zhvendosen dhe amptë liruar nga op-amps për të shfrytëzuar gamën e plotë të ADC (referojuni Figurës 3. Skema e sensorit aktual example).
Figura 3. Skema e sensorit aktual p.shample
Sinjalet shqisore duhet të zhvendosen dhe të përqendrohen në VDD/2 voltage (rreth 1.65 V) dhe amplified përsëri i cili siguron përputhjen midis vlerës maksimale të sinjalit të ndjerë dhe gamës së shkallës së plotë të ADC.
Vëllimitage zhvendosja stage prezanton zbutjen (1/Gp) të sinjalit feedback i cili, së bashku me fitimin e konfigurimit jo-invertues (Gn, fiksuar nga Rn dhe Rf), kontribuon në fitimin e përgjithshëm (G). Siç është përmendur tashmë, qëllimi është krijimi i përgjithshëm ampfitimi i rrjetit lifikues (G) në mënyrë që voltage në rezistencën e shuntit që korrespondon me rrymën maksimale të lejuar të motorit (vlera maksimale ISmax e rrymës së vlerësuar të motorit) i përshtatet diapazonit të vëllimittagështë i lexueshëm nga ADC.
Shënim që, pasi të jetë fiksuar G, është më mirë ta konfiguroni atë duke ulur sa më shumë zbutjen fillestare 1/Gp dhe, rrjedhimisht, fitimin Gn. Kjo është e rëndësishme jo vetëm për të maksimizuar sinjalin nga raporti i zhurmës, por edhe për të reduktuar efektin e op-amp kompensimi i brendshëm në dalje (proporcional me Gn).
Fitimi dhe polarizimi vëlltage (VOPout, pol) përcakton diapazonin operativ të qarkut të sensorit të rrymës:
Ku:
- IS- = rryma maksimale me burim
- IS+ = rryma maksimale e zhytur që mund të ndihet nga qarku.
Tabela 4. STEVE-SPIN3201 op-amprrjeti i polarizimit
|
Parametri |
Referenca e pjesës | 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 Zbulimi i mbirrymës
Bordi i vlerësimit STEVAL-SPIN3201 zbaton mbrojtje nga mbirryma bazuar në krahasuesin OC të integruar STSPIN32F0. Rezistenca e shuntit matë rrymën e ngarkesës së çdo faze. Rezistorët R50, R51 dhe R52 sjellin voltagsinjale të lidhura me secilën rrymë të ngarkesës në pinin OC_COMP. Kur rryma e pikut që rrjedh në një nga tre fazat tejkalon pragun e zgjedhur, krahasuesi i integruar aktivizohet dhe të gjithë çelësat e fuqisë anësore të lartë çaktivizohen. Ndërprerësit e fuqisë në anën e lartë aktivizohen përsëri kur rryma bie nën pragun, duke zbatuar kështu mbrojtjen nga mbirryma.
Pragjet aktuale për bordin e vlerësimit STEVAL-SPIN3201 janë renditur në
Tabela 5. Pragjet e mbirrymës.
| PF6 | PF7 | komp. i brendshëm. pragu | pragu i OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 A |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 A |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 A |
Këto pragje mund të modifikohen duke ndryshuar rezistencën e paragjykimit R43. Rekomandohet të zgjidhni R43 më të lartë se 30 kΩ. Për të llogaritur vlerën e R43 për një kufi të rrymës së synuar IOC, mund të përdoret formula e mëposhtme:
ku OC_COMPth është vëllimitagpragu i krahasuesit të brendshëm (i zgjedhur nga PF6 dhe PF7), dhe VDD është vëllimi i furnizimit dixhital 3.3 Vtage siguruar nga konverteri i brendshëm DCDC buck.
Duke hequr R43, formula e pragut aktual thjeshtohet si më poshtë:
4.4 Autobus vëlltage qark
Bordi i vlerësimit STEVAL-SPIN3201 ofron autobusin voltage ndjerë. Ky sinjal dërgohet përmes një voltage ndarës nga furnizimi i motorit voltage (VBUS) (R10 dhe R16) dhe dërgohet te PB1 GPIO (kanali 9 i ADC) të MCU-së së integruar. Sinjali është gjithashtu i disponueshëm në TP6.
4.5 Ndërfaqja e përdoruesit të harduerit
Bordi përfshin artikujt e mëposhtëm të ndërfaqes së përdoruesit të harduerit:
- Potenciometri R6: vendos shpejtësinë e synuar, p.shample
- Ndërrimi SW1: rivendos STSPIN32F0 MCU dhe ST-LINK V2
- Ndërro SW2: butoni i përdoruesit 1
- Ndërro SW3: butoni i përdoruesit 2
- LED DL3: LED 1 i përdoruesit (ndizet gjithashtu kur shtypet butoni i përdoruesit 1)
- LED DL4: LED 2 i përdoruesit (ndizet gjithashtu kur shtypen butonat e përdoruesit 2)
4.6 Korrigjimi
Bordi i vlerësimit STEVAL-SPIN3201 përfshin një korrigjues/programues ST-LINK/V2-1. Karakteristikat e mbështetura në ST-LINK janë:
- Ri-numërimi i softuerit USB
- Ndërfaqja virtuale e portit com në USB e lidhur me kunjat PB6/PB7 të STSPIN32F0 (UART1)
- Ndërfaqja e ruajtjes masive në USB
Furnizimi me energji për ST-LINK sigurohet nga kompjuteri pritës përmes kabllit USB të lidhur me J5.
LED LD2 ofron informacion mbi statusin e komunikimit ST-LINK: - LED i kuq pulson ngadalë: në ndezje përpara fillimit të USB-së
- LED i kuq pulson shpejt: pas komunikimit të parë të saktë midis kompjuterit dhe ST-LINK/V2-1 (numërimi)
- LED i kuq i ndezur: inicializimi midis PC dhe ST-LINK/V2-1 ka përfunduar
- LED i gjelbër i ndezur: inicializimi i suksesshëm i komunikimit të synuar
- LED i kuq/gjelbër pulson: gjatë komunikimit me objektivin
- E gjelbër ON: komunikimi i përfunduar dhe i suksesshëm
Funksioni i rivendosjes shkëputet nga ST-LINK duke hequr kërcyesin J8.
Historia e rishikimit
Tabela 6. Historia e rishikimit të dokumentit
| Data | Rishikim | Ndryshimet |
| 12-dhjetor-20161 | 1 | Lëshimi fillestar. |
| 23-Nëntor-2017 | 2 | Shtuar Seksioni 4.2: Ndjeshmëria aktuale në faqen 7. |
| 27-shkurt-2018 | 3 | Ndryshime të vogla në të gjithë dokumentin. |
| 18-gusht-2021 | 4 | Korrigjim i vogël i shabllonit. |
STMicroelectronics NV dhe filialet e saj ("ST") rezervojnë të drejtën për të bërë ndryshime, korrigjime, përmirësime, modifikime dhe përmirësime në produktet ST dhe/ose në këtë dokument në çdo kohë pa paralajmërim. Blerësit duhet të marrin informacionin më të fundit përkatës mbi produktet ST përpara se të bëjnë porosi. Produktet ST shiten në përputhje me termat dhe kushtet e shitjes të ST në fuqi në momentin e njohjes së porosisë. Blerësit janë vetëm përgjegjës për zgjedhjen, përzgjedhjen dhe përdorimin e produkteve ST dhe ST nuk merr asnjë përgjegjësi për asistencën e aplikimit ose dizajnimin e produkteve të Blerësve.
NJOFTIM T I RORTNDSISHM - JU LUTEM LEXONI KUJDES
Asnjë licencë, e shprehur apo e nënkuptuar, për ndonjë të drejtë të pronësisë intelektuale nuk jepet nga ST këtu.
Rishitja e produkteve ST me dispozita të ndryshme nga informacioni i përcaktuar këtu do të anulojë çdo garanci të dhënë nga ST për këtë produkt.
ST dhe logoja ST janë marka tregtare të ST. Për informacion shtesë rreth markave ST, ju lutemi referojuni www.st.com/trademarks. Të gjithë emrat e tjerë të produkteve ose shërbimeve janë pronë e pronarëve të tyre përkatës.
Informacioni në këtë dokument zëvendëson dhe zëvendëson informacionin e dhënë më parë në çdo version të mëparshëm të këtij dokumenti.
© 2021 STMicroelectronics – Të gjitha të drejtat e rezervuara
Dokumentet / Burimet
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Kontrollues i avancuar BLDC me Bordin e Vlerësimit MCU të integruar STM32 [pdf] Manuali i Përdoruesit UM2154, STEVAL-SPIN3201 Kontrollues i avancuar BLDC me Bordin e Vlerësimit MCU të integruar STM32 |
