UM2154 STEVAL-SPIN3201 Gömülü STM32 MCU Değerlendirme Kartı Kullanıcı Kılavuzu ile Gelişmiş BLDC Denetleyici

hayat.artırılmış
UM2154

Kullanıcı kılavuzu

STEVE-SPIN3201: gömülü STM32 MCU değerlendirme kartına sahip gelişmiş BLDC denetleyici

İçindekiler saklamak

1 giriiş

2 Donanım ve yazılım gereksinimleri

3 Başlarken

4 Donanım açıklaması ve yapılandırması

5 Devre açıklaması

6 Revizyon geçmişi

7 Belgeler / Kaynaklar

7.1 Referanslar

8 İlgili Yazılar

giriiş

STEVAL-SPIN3201 kartı, entegre bir STM3 MCU'ya sahip 32 fazlı bir kontrolör olan STSPIN0F3'a dayalı 32 fazlı fırçasız bir DC motor sürücü kartıdır ve akım okuma topolojisi olarak 3 şönt dirençler uygular.
Ev aletleri, fanlar, dronelar, elektrikli el aletleri gibi farklı uygulamalarda cihazın değerlendirilmesi için kullanımı kolay bir çözüm sunar.
Kart, 3-şönt algılamalı sensörlü veya sensörsüz alan odaklı kontrol algoritması için tasarlanmıştır.

Şekil 1. STEVE-SPIN3201 değerlendirme panosu

Donanım ve yazılım gereksinimleri

STEVAL-SPIN3201 değerlendirme kartını kullanmak aşağıdaki yazılım ve donanımı gerektirir:

Yazılım paketini yüklemek için bir Windows ® PC (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10)
STEVAL-SPIN3201 kartını PC'ye bağlamak için bir mini-B USB kablosu

STM32 Motor Kontrol Yazılım Geliştirme Kiti Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
Uyumlu bir hacme sahip 3 fazlı fırçasız DC motortage ve mevcut derecelendirmeler

Harici bir DC güç kaynağı.

Başlarken

Kurulun maksimum derecelendirmeleri aşağıdaki gibidir:

Güç stage tedarik hacmitage (VS) 8 V - 45 V
15 Arms'a kadar motor faz akımı

Projenize tahta ile başlamak için:

Adım 1. Hedef konfigürasyona göre jumper konumunu kontrol edin (bkz. Bölüm 4.3 Aşırı akım algılama
Adım 2. Motor fazlarının sırasına dikkat ederek motoru J3 konektörüne bağlayın.
Adım 3. Kartı, J1 konektörünün 2 ve 2 girişlerinden besleyin. DL1 (kırmızı) LED'i yanacaktır.
Adım 4. STM32 Motor Kontrol Yazılım Geliştirme Kiti Rev Y'yi kullanarak uygulamanızı geliştirin (X-CUBEMCSDK-Y).

Donanım açıklaması ve yapılandırması

Figür 2. Ana bileşenlerin ve konektörlerin konumları, ana bileşenlerin ve konektörlerin kart üzerindeki konumunu gösterir.
Figür 2. Ana bileşenler ve konektör konumları

Tablo 1. Donanım ayarı atlama telleri, konektörlerin ayrıntılı pin çıkışını sağlar.
Tablo 1. Donanım ayarı atlama telleri

Tulum	İzin verilen konfigürasyonlar	Varsayılan koşul
JP1	V motoruna bağlı VREG seçimi	AÇIK
JP2	DC güç kaynağına bağlı motor güç kaynağı seçimi	KAPALI
JP3	USB (1) / VDD (3) güç kaynağına Seçim Hall kodlayıcı beslemesi	1 – 2 KAPALI
JP4	ST-LINK (U4) seçim sıfırlaması	AÇIK
JP5	Salon 2'e bağlı PA3 seçimi	KAPALI
JP6	Salon 1'e bağlı PA2 seçimi	KAPALI
JP7	Salon 0'e bağlı PA1 seçimi	KAPALI

Tablo 2. Diğer konektörler, jumper ve test noktaları açıklaması

İsim	Pin	Etiket	Tanım
J1	1 – 2	J1	Motor güç kaynağı
J2	1 – 2	J2	Cihaz ana güç kaynağı (VM)
J3	1 – 2 – 3	U, V, W	3 fazlı BLDC motor fazları bağlantısı
J4	1 – 2 – 3	J4	Hall/enkoder sensörleri konektörü
J4	4 – 5	J4	Hall sensörleri/enkoder beslemesi
J5	–	J5	USB girişi ST-LINK
J6	1	3V3	ST-LINK güç kaynağı
	2	CLK	ST-LINK'in SWCLK'si
	3	Yeraltı	Yeraltı
	4	DİO	ST-LINK'in SWDIO'su
J7	1 – 2	J7	SEPET
J8	1 – 2	J8	ST-LINK sıfırlama
TP1	–	GREG	12 V hacimtage regülatör çıkışı
TP2	–	Yeraltı	Yeraltı
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	HIZ	Hız potansiyometre çıkışı
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (çıkış seçeneğiamp anlam 1)
TP6	–	V-BUS	VBus geri bildirimi
TP7	–	OUT_U	çıkış U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (çıkış seçeneğiamp anlam 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (çıkış seçeneğiamp anlam 3)
TP10	–	Yeraltı	Yeraltı
TP11	–	ÇIKIŞ_V	Çıkış V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	ÇIKIŞ_W	Çıkış W
TP14	–	3V3	3V3 ST-BAĞLANTI
TP15	–	5V	USB ses seviyesitage
TP16	–	G/Ç	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

Devre açıklaması

STEVAL-SPIN3201, bir STSPIN3F32 – gömülü bir STM0 MCU'ya sahip gelişmiş BLDC kontrolör – ve bir üçlü yarım köprü güç kaynağından oluşan eksiksiz bir 32-şönt FOC çözümü sunar.tage NMOS STD140N6F7 ile.
STSPIN32F0 gerekli tüm tedarik hacmini otonom olarak üretir.tages: dahili DC/DC buck dönüştürücü, kapı sürücüleri için 3V3 ve dahili bir lineer regülatör 12 V sağlar.
Mevcut geri besleme sinyali koşullandırması, operasyonel işlemlerin üçü aracılığıyla gerçekleştirilir. ampcihaza gömülü lifler ve dahili bir karşılaştırıcı, şönt dirençlerden aşırı akım koruması gerçekleştirir.
Basit kullanıcı arayüzlerini uygulamak için iki kullanıcı düğmesi, iki LED ve bir düzeltici mevcuttur (örn., motoru çalıştırma/durdurma ve hedef hızı ayarlama).
STEVAL-SPIN3201 kartı, motor konumu geri beslemesi olarak karesel kodlayıcıyı ve dijital Hall sensörlerini destekler.
Kart, kullanıcının herhangi bir ekstra donanım aracı olmadan bellenim hatalarını ayıklamasına ve indirmesine izin veren bir ST-LINK-V2 içerir.

4.1 Hall/enkoder motor hız sensörü
STEVAL-SPIN3201 değerlendirme kartı, motor konumu geri beslemesi olarak dijital Hall ve karesel kodlayıcı sensörlerini destekler.
Sensörler, J32 konektörü aracılığıyla STSPIN0F4'a bağlanabilir.

Tablo 3. Salon/kodlayıcı konektörü (J4).

İsim	Pin	Tanım
Salon1/A+	1	Hall sensörü 1/enkoder çıkışı A+
Salon2/B+	2	Hall sensörü 2/enkoder çıkışı B+
Salon3/Z+	3	Hall sensörü 3/enkoder sıfır geri beslemesi
VDD sensörü	4	Sensör besleme hacmitage
Yeraltı	5	Zemin

1 k'lık bir koruma serisi direnciΩ sensör çıkışları ile seri olarak monte edilir.
Harici pull-up gerektiren sensörler için, çıkış hatlarına zaten üç adet 10 kΩ direnç monte edilmiştir ve VDD vol.tage. Aynı hatlarda, aşağı çekme dirençleri için bir ayak izi de mevcuttur.

Jumper JP3, sensör besleme hacmi için güç kaynağını seçer.tage:

Pin 1 – pin 2: VUSB (5 V) ile çalışan Hall sensörleri arasındaki köprü

Pin 1 – pin 2: VDD (3.3 V) ile çalışan Hall sensörleri arasındaki köprü
Kullanıcı, sensör çıkışlarını MCU GPIO açma jumperları JP5, JP6 ve JP7'den ayırabilir.

4.2 Akım algılama

STEVAL-SPIN3201 kartında, mevcut algılama sinyali koşullandırması, üç operasyonel işlem aracılığıyla gerçekleştirilir. ampSTSPIN32F0 cihazına gömülü lifler.
Tipik bir FOC uygulamasında, üç yarım köprüdeki akımlar, her bir düşük taraf güç anahtarının kaynağında bir şönt direnci kullanılarak algılanır. duyu voltagBelirli bir kontrol tekniği ile ilgili matris hesaplamasını gerçekleştirmek için bir analogdan dijitale dönüştürücüye e sinyalleri verilir. Bu duyu sinyalleri genellikle kaydırılır ve ampözel operasyon tarafındanamps tüm ADC aralığından yararlanmak için (bkz. Şekil 3. Akım algılama şeması,ample).

Şekil 3. Mevcut algılama şeması example

Algılama sinyalleri kaydırılmalı ve VDD/2 vol.tage (yaklaşık 1.65 V) ve ampAlgılanan sinyalin maksimum değeri ile ADC'nin tam ölçekli aralığı arasındaki eşleşmeyi sağlayan tekrar lified.
cilttage değişen stage, tersine çevirmeyen konfigürasyonun (Gn, Rn ve Rf tarafından sabitlenen) kazancı ile birlikte genel kazanca (G) katkıda bulunan geri besleme sinyalinin zayıflamasını (1/Gp) tanıtır. Daha önce de belirtildiği gibi, amaç geneli oluşturmaktır. amplification ağ kazancı (G) böylece voltagizin verilen maksimum motor akımına (motor anma akımının ISmax tepe değeri) karşılık gelen şönt direnci üzerindeki e, vol aralığına uyartagADC tarafından okunabilir.

Not G sabitlendikten sonra, ilk zayıflama 1/Gp'yi ve dolayısıyla kazanç Gn'yi olabildiğince düşürerek yapılandırmanın daha iyi olduğunu. Bu, yalnızca sinyali gürültü oranıyla maksimize etmek için değil, aynı zamanda işlemin etkisini azaltmak için de önemlidir.amp çıkışta içsel ofset (Gn ile orantılı).

Kazanç ve polarizasyon hacmitage (VOPout, pol) akım algılama devresinin çalışma aralığını belirler:

Nerede:

IS- = maksimum kaynaklı akım
IS+ = devre tarafından algılanabilen maksimum batık akım.

Tablo 4. STEVE-SPIN3201 op-amppolarizasyon ağı

Parametre	Parça referansı	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	N.M.
G	–	7.74	7.70
VOPout, pol	–	1.74V	1.65V

4.3 Aşırı akım algılama

STEVAL-SPIN3201 değerlendirme kartı, STSPIN32F0 entegre OC karşılaştırıcısına dayalı aşırı akım koruması uygular. Şönt dirençler, her fazın yük akımını ölçer. R50, R51 ve R52 dirençleri volümü getirirtagOC_COMP pinine her bir yük akımıyla ilişkili sinyaller. Üç fazdan birinde akan tepe akımı seçilen eşiği aştığında, entegre karşılaştırıcı tetiklenir ve tüm yüksek taraf güç anahtarları devre dışı bırakılır. Akım eşiğin altına düştüğünde yüksek taraf güç anahtarları tekrar etkinleştirilir, böylece aşırı akım koruması uygulanır.
STEVAL-SPIN3201 değerlendirme kurulu için geçerli eşikler şurada listelenmiştir:

Tablo 5. Aşırı akım eşikleri.

PF6	PF7	Dahili komp. eşik	OC eşiği
0	1	100 mV	20A
1	0	250 mV	65A
1	1	500 mV	140A

Bu eşikler, R43 öngerilim direnci değiştirilerek değiştirilebilir. 43 kΩ'dan yüksek R30'ün seçilmesi tavsiye edilir. Bir hedef akım limiti IOC için R43 değerini hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılabilir:

burada OC_COMPth, hacimdirtage dahili karşılaştırıcının eşiği (PF6 ve PF7 tarafından seçilir) ve VDD, 3.3 V dijital besleme hacmidirtage dahili DCDC dönüştürücü tarafından sağlanır.
R43 kaldırıldığında, mevcut eşik formülü aşağıdaki gibi basitleştirilmiştir:

4.4 Otobüs hacmitage devre

STEVAL-SPIN3201 değerlendirme kurulu, veri yolu hacmini sağlartage algılama. Bu sinyal bir vol aracılığıyla gönderilir.tage motor beslemesinden bölücü voltage (VBUS) (R10 ve R16) ve gömülü MCU'nun PB1 GPIO'suna (ADC'nin 9. kanalı) gönderilir. Sinyal TP6'da da mevcuttur.

4.5 Donanım kullanıcı arayüzü

Kart, aşağıdaki donanım kullanıcı arabirimi öğelerini içerir:

Potansiyometre R6: örneğin hedef hızı ayarlarample
Anahtar SW1: STSPIN32F0 MCU ve ST-LINK V2'yi sıfırlar

SW2'yi değiştir: kullanıcı düğmesi 1
SW3'yi değiştir: kullanıcı düğmesi 2
LED DL3: kullanıcı LED 1 (kullanıcı 1 düğmesine basıldığında da yanar)

LED DL4: kullanıcı LED 2 (kullanıcı 2 düğmesine basıldığında da yanar)

4.6 Hata Ayıklama

STEVAL-SPIN3201 değerlendirme panosu, bir ST-LINK/V2-1 hata ayıklayıcı/programlayıcı içerir. ST-LINK'te desteklenen özellikler şunlardır:

USB yazılımı yeniden numaralandırma
STSPIN6F7'ın (UART32) PB0/PB1 pinlerine bağlı USB üzerinde sanal com port arayüzü
USB'de yığın depolama arabirimi
ST-LINK için güç kaynağı, ana bilgisayar tarafından J5'e bağlı USB kablosu aracılığıyla sağlanır.
LED LD2, ST-LINK iletişim durumu bilgisi sağlar:

Yavaşça yanıp sönen kırmızı LED: açılışta USB başlatmadan önce
Kırmızı LED hızla yanıp sönüyor: PC ile ST-LINK/V2-1 (numaralandırma) arasındaki ilk doğru iletişimin ardından
Kırmızı LED AÇIK: PC ile ST-LINK/V2-1 arasındaki başlatma tamamlandı

Yeşil LED AÇIK: başarılı hedef iletişim başlatma
Kırmızı/yeşil LED yanıp sönüyor: hedefle iletişim sırasında
Yeşil AÇIK: iletişim tamamlandı ve başarılı
J8 atlama teli çıkarılarak sıfırlama işlevi ST-LINK'den ayrılır.

Revizyon geçmişi

Tablo 6. Belge revizyon geçmişi

Tarih	Revizyon	Değişiklikler
12-Aralık-20161	1	İlk sürüm.
23-Kas-2017	2	Eklendi Bölüm 4.2: Akım algılama, sayfa 7.
27-Şub-2018	3	Belge boyunca küçük değişiklikler.
18-Ağustos-2021	4	Küçük şablon düzeltmesi.

STMicroelectronics NV ve yan kuruluşları (“ST”), herhangi bir zamanda önceden haber vermeksizin ST ürünlerinde ve/veya bu belgede değişiklik, düzeltme, geliştirme, modifikasyon ve iyileştirme yapma hakkını saklı tutar. Alıcılar, sipariş vermeden önce ST ürünleriyle ilgili en son bilgileri edinmelidir. ST ürünleri, siparişin onaylandığı tarihte yürürlükte olan ST'nin satış hüküm ve koşullarına göre satılır. ST ürünlerinin seçimi, seçimi ve kullanımından yalnızca Alıcılar sorumludur ve ST, Uygulama yardımı veya Alıcıların ürünlerinin tasarımı için hiçbir sorumluluk kabul etmez.

ÖNEMLİ UYARI - LÜTFEN DİKKATLE OKUYUN

ST tarafından burada herhangi bir fikri mülkiyet hakkına ilişkin açık veya örtük hiçbir lisans verilmemektedir.
ST ürünlerinin burada belirtilen bilgilerden farklı hükümlerle yeniden satışı, ST tarafından söz konusu ürün için verilen her türlü garantiyi geçersiz kılar.
ST ve ST logosu, ST'nin ticari markalarıdır. ST ticari markaları hakkında ek bilgi için lütfen bkz. www.st.com/ticari markalarDiğer tüm ürün veya hizmet adları ilgili sahiplerinin mülkiyetindedir.
Bu belgedeki bilgiler, bu belgenin önceki sürümlerinde sağlanan bilgilerin yerini alır ve bu bilgilerin yerine geçer.