життя
UM2154
Посібник користувача
STEVE-SPIN3201: вдосконалений контролер BLDC із вбудованою платою оцінки STM32 MCU
вступ
Плата STEVAL-SPIN3201 - це плата драйвера 3-фазного безщіткового двигуна постійного струму на основі STSPIN32F0, 3-фазного контролера з інтегрованим STM32 MCU, і реалізує 3-шунтові резистори як топологію зчитування струму.
Він забезпечує просте у використанні рішення для оцінки пристрою в різних програмах, таких як побутова техніка, вентилятори, дрони та електроінструменти.
Плата розроблена для сенсорного або безсенсорного польового алгоритму керування з 3-шунтовим зондуванням.
Малюнок 1. Оцінювальна плата STEVE-SPIN3201
Вимоги до апаратного та програмного забезпечення
Використання оціночної плати STEVAL-SPIN3201 вимагає наступного програмного та апаратного забезпечення:
- ПК Windows® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) для встановлення пакету програм
- USB-кабель mini-B для підключення плати STEVAL-SPIN3201 до ПК
- Комплект розробки програмного забезпечення для керування двигуном STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 3-фазний безщітковий двигун постійного струму з сумісним обtage та поточні рейтинги
- Зовнішній блок живлення постійного струму.
Початок роботи
Максимальні рейтинги ради такі:
- Потужність сtagе поставка обtage (VS) від 8 В до 45 В
- Фазний струм двигуна до 15 Арм
Щоб розпочати свій проект з дошки:
Крок 1. Перевірте положення перемички відповідно до цільової конфігурації (див. Розділ 4.3 Виявлення перевантаження струму
Крок 2. Підключіть двигун до роз'єму J3, дотримуючись послідовності фаз двигуна.
Крок 3. Підключіть плату через вхід 1 і 2 роз'єму J2. Увімкнеться індикатор DL1 (червоний).
Крок 4. Розробіть свою програму за допомогою комплекту розробки програмного забезпечення STM32 Motor Control Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).
Опис обладнання та конфігурація
малюнок 2. Розташування основних компонентів і роз'ємів показує положення основних компонентів і роз'ємів на платі.
малюнок 2. Розташування основних компонентів і роз'ємів
Таблиця 1. Перемички налаштування апаратних засобів забезпечують детальну розведення роз’ємів.
Таблиця 1. Апаратні установки перемички
| Джемпер | Дозволені конфігурації | Умова за замовчуванням |
| JP1 | Вибір VREG, підключеного до двигуна V | ВІДЧИНЕНО |
| JP2 | Вибір джерела живлення двигуна, підключеного до джерела живлення постійного струму | ЗАЧИНЕНО |
| JP3 | Вибір живлення кодера Холла до джерела живлення USB (1) / VDD (3). | 1 – 2 ЗАКРИТО |
| JP4 | Скидання вибору ST-LINK (U4) | ВІДЧИНЕНО |
| JP5 | Вибір PA2 підключений до залу 3 | ЗАЧИНЕНО |
| JP6 | Вибір PA1 підключений до залу 2 | ЗАЧИНЕНО |
| JP7 | Вибір PA0 підключений до залу 1 | ЗАЧИНЕНО |
Таблиця 2. Опис інших роз'ємів, перемичок і контрольних точок
|
Ім'я |
Pin | Мітка |
опис |
| J1 | 1 – 2 | J1 | Блок живлення двигуна |
| J2 | 1 – 2 | J2 | Основне джерело живлення пристрою (VM) |
| J3 | 1 – 2 – 3 | У, В, В | Підключення фаз 3-фазного двигуна BLDC |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | Роз'єм датчиків Холу / енкодера |
| 4 – 5 | J4 | Поставка датчиків Холу / енкодера | |
| J5 | – | J5 | USB вхід ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | Блок живлення ST-LINK |
| 2 | CLK | SWCLK ST-LINK | |
| 3 | GND | GND | |
| 4 | DIO | SWDIO ST-LINK | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | КОЗИК |
| J8 | 1 – 2 | J8 | Скидання ST-LINK |
| TP1 | – | ГРЕГ | 12 В обtage вихід регулятора |
| TP2 | – | GND | GND |
| TP3 | – | VDD | VDD |
| TP4 | – | ШВИДКІСТЬ | Вихід потенціометра швидкості |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO (вихід оп-amp сенс 1) |
| TP6 | – | VBUS | Зворотній зв'язок VBus |
| TP7 | – | OUT_U | Вихід U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO (вихід оп-amp сенс 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO (вихід оп-amp сенс 3) |
| TP10 | – | GND | GND |
| TP11 | – | OUT_V | Вихід V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | OUT_W | Вихід W |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB томtage |
| TP16 | – | I/O | SWD_IO |
| TP17 | – | CLK | SWD_CLK |
Опис схеми
STEVAL-SPIN3201 забезпечує повне рішення FOC з 3 шунтами, що складається з STSPIN32F0 – вдосконаленого контролера BLDC із вбудованим MCU STM32 – і потрійного напівмостового блоку живлення.tage з NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 автономно генерує весь необхідний об'єм живленняtages: внутрішній понижувальний перетворювач DC/DC забезпечує 3V3, а внутрішній лінійний стабілізатор забезпечує 12V для драйверів затвора.
Кондиціонування поточного сигналу зворотного зв'язку виконується за допомогою трьох операційних ampвбудовані в пристрій вивільнювачі, а внутрішній компаратор виконує захист від перевантаження струму від шунтуючих резисторів.
Для реалізації простих інтерфейсів користувача (наприклад, запуск/зупинка двигуна та встановлення цільової швидкості) доступні дві користувацькі кнопки, два світлодіоди та триммер.
Плата STEVAL-SPIN3201 підтримує квадратурний кодер і цифрові датчики Холла як зворотний зв'язок положення двигуна.
Плата містить ST-LINK-V2, що дозволяє користувачеві налагоджувати та завантажувати мікропрограму без будь-яких додаткових апаратних засобів.
4.1 Датчик швидкості двигуна Холла/енкодера
Оцінювальна плата STEVAL-SPIN3201 підтримує цифрові датчики Холла та квадратурний енкодер як зворотний зв'язок положення двигуна.
Датчики можна підключити до STSPIN32F0 через роз’єм J4, зазначений у
Таблиця 3. Роз'єм Холла/кодера (J4).
| Ім'я | Pin | опис |
| Зал 1/А+ | 1 | Датчик Холла 1/вихід кодера A+ |
| Зал 2/В+ | 2 | Датчик Холла 2/вихід кодера B+ |
| Зал3/Z+ | 3 | Датчик Холла 3/кодер нульовий зворотний зв'язок |
| Датчик VDD | 4 | Подача датчика обtage |
| GND | 5 | Земля |
Захисний послідовний резистор 1 кОмΩ встановлюється послідовно з виходами датчиків.
Для датчиків, які потребують зовнішнього підтягування, три резистори 10 кОм вже встановлені на вихідних лініях і підключені до VDD vol.tage. На тих же лініях також доступний слід для понижувальних резисторів.
Перемичка JP3 вибирає джерело живлення для датчика обtage:
- Перемичка між контактами 1 – контактами 2: Датчики Холла з живленням від VUSB (5 В)
- Перемичка між контактами 1 – контактами 2: Датчики Холла з живленням від VDD (3.3 В)
Користувач може від’єднати виходи датчика від перемичок JP5, JP6 і JP7, що відкривають GPIO MCU.
4.2 Зондування струму
У платі STEVAL-SPIN3201 формування сигналу датчика струму виконується за допомогою трьох операційних ampліфікатори, вбудовані в пристрій STSPIN32F0.
У типовому застосуванні FOC струми в трьох напівмостах визначаються за допомогою шунтуючих резисторів на джерелі кожного перемикача низької потужності. Сенс обtagСигнали подаються в аналого-цифровий перетворювач, щоб виконати матричне обчислення, пов'язане з певною технікою керування. Ці сенсорні сигнали зазвичай зміщуються і ampпідготовлено спеціальною оп-amps, щоб використовувати весь діапазон АЦП (див. Рисунок 3. Схема вимірювання струму напр.ample).
Рисунок 3. Схема визначення струму напрample
Сигнали відчуттів мають бути зміщені та центровані на VDD/2 voltage (близько 1.65 В) і amplified знову, що забезпечує узгодження між максимальним значенням контрольованого сигналу та повномасштабним діапазоном АЦП.
Випtage зміщення stage вносить ослаблення (1/Gp) сигналу зворотного зв'язку, яке разом з коефіцієнтом підсилення неінвертуючої конфігурації (Gn, фіксується за допомогою Rn і Rf), робить внесок у загальне посилення (G). Як уже зазначалося, метою є встановлення загального ampпосилення мережі (G) так, щоб обtage на шунтирующем резисторе, що відповідає максимально допустимому струму двигуна (ISmax пікове значення номінального струму двигуна), відповідає діапазону об.tagчитається АЦП.
Примітка що, як тільки G зафіксовано, краще налаштувати його, максимально зменшивши початкове загасання 1/Gp і, отже, посилення Gn. Це важливо не тільки для максимізації сигналу за рахунок коефіцієнта шумів, але й для зменшення ефекту оп.amp внутрішнє зміщення на виході (пропорційне Gn).
Підсилення та поляризація обtage (VOPout, pol) визначає робочий діапазон схеми вимірювання струму:
Де:
- IS- = максимальний вихідний струм
- IS+ = максимальний вихідний струм, який може бути відображений схемою.
Таблиця 4. STEVE-SPIN3201 op-amps поляризаційна мережа
|
Параметр |
Посилання на частину | Ред. 1 |
Ред. 3 |
| Rp | R14, R24, R33 | 560 Ом | 1.78 kΩ |
| Ra | R12, R20, R29 | 8.2 kΩ | 27.4 kΩ |
| Rb | R15, R25, R34 | 560 Ом | 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 пФ | NM |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOPout, пол | – | 1.74 В | 1.65 В |
4.3 Виявлення перевантаження струму
Оцінювальна плата STEVAL-SPIN3201 реалізує захист від перевантаження струму на основі вбудованого компаратора OC STSPIN32F0. Шунтируючі резистори вимірюють струм навантаження кожної фази. Резистори R50, R51 і R52 приносять обtage сигнали, пов'язані з кожним струмом навантаження на контакт OC_COMP. Коли піковий струм, що протікає в одній із трьох фаз, перевищує вибраний поріг, спрацьовує вбудований компаратор і всі перемикачі високої потужності відключаються. Перемикачі високої потужності знову вмикаються, коли струм падає нижче порогового значення, таким чином реалізується захист від перевантаження струму.
Поточні пороги для оціночної плати STEVAL-SPIN3201 наведено в
Таблиця 5. Пороги перевантаження струму.
| PF6 | PF7 | Внутрішній комп. поріг | Поріг OC |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 А |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 А |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 А |
Ці пороги можна змінити, змінивши резистор зміщення R43. Рекомендується вибирати R43 вище 30 кОм. Щоб розрахувати значення R43 для цільового обмеження струму IOC, можна використовувати таку формулу:
де OC_COMPth - обtage поріг внутрішнього компаратора (вибирається PF6 і PF7), а VDD – це цифровий об’єм живлення 3.3 Вtage забезпечується внутрішнім понижувальним перетворювачем DCDC.
Якщо видалити R43, формула поточного порогу спрощується наступним чином:
4.4 Автобус обtage схема
Оцінювальна плата STEVAL-SPIN3201 надає об’єм шиниtage Sensing. Цей сигнал передається через обtage дільник від електродвигуна обtage (VBUS) (R10 і R16) і надсилається до PB1 GPIO (канал 9 АЦП) вбудованого MCU. Сигнал також доступний на TP6.
4.5 Апаратний інтерфейс користувача
Плата включає наступні елементи апаратного інтерфейсу користувача:
- Потенціометр R6: встановлює цільову швидкість, наприкладample
- Перемикач SW1: скидає STSPIN32F0 MCU і ST-LINK V2
- Перемикач SW2: кнопка користувача 1
- Перемикач SW3: кнопка користувача 2
- LED DL3: світлодіод користувача 1 (також вмикається при натисканні кнопки користувача 1)
- Світлодіод DL4: світлодіод користувача 2 (також вмикається при натисканні кнопок користувача 2)
4.6 Налагодження
Оцінювальна плата STEVAL-SPIN3201 вбудована відладчиком/програматором ST-LINK/V2-1. Функції, що підтримуються на ST-LINK:
- Повторне перерахування програмного забезпечення USB
- Інтерфейс віртуального com-порту на USB, підключений до контактів PB6/PB7 STSPIN32F0 (UART1)
- Інтерфейс накопичувача на USB
Живлення для ST-LINK забезпечується головним ПК через USB-кабель, підключений до J5.
Індикатор LD2 надає інформацію про стан зв’язку ST-LINK: - Червоний світлодіод блимає повільно: при ввімкненні перед ініціалізацією USB
- Червоний світлодіод швидко блимає: після першого правильного зв’язку між ПК та ST-LINK/V2-1 (перерахування)
- Червоний світлодіод горить: ініціалізація між ПК та ST-LINK/V2-1 завершена
- Зелений світлодіод горить: успішна ініціалізація цільового зв’язку
- Червоний/зелений світлодіод блимає: під час спілкування з метою
- Зелений увімкнено: спілкування завершено та успішно
Функція скидання відключається від ST-LINK, знявши перемичку J8.
Історія переглядів
Таблиця 6. Історія перегляду документа
| Дата | Ревізія | Зміни |
| 12 грудня 20161 року | 1 | Початковий випуск. |
| 23-2017 листопада | 2 | Додано розділ 4.2: Зондування струму на сторінці 7. |
| 27-лют-2018 | 3 | Незначні зміни в усьому документі. |
| 18-серп-2021 | 4 | Невелике виправлення шаблону. |
STMicroelectronics NV та її дочірні компанії (“ST”) залишають за собою право вносити зміни, виправлення, покращення, модифікації та покращення продуктів ST та/або цього документа в будь-який час без попередження. Покупці повинні отримати останню актуальну інформацію про продукти ST перед розміщенням замовлень. Продукція ST продається згідно з умовами продажу ST, що діють на момент підтвердження замовлення. Покупці несуть повну відповідальність за вибір, вибір і використання продуктів ST, і ST не несе відповідальності за допомогу в застосуванні або дизайн продуктів Покупців.
ВАЖЛИВА ПРИМІТКА - БУДЬ ЛАСКА, ЧИТАЙТЕ УВАЖНО
Компанія ST не надає жодних ліцензій, явних чи неявних, на будь-які права інтелектуальної власності.
Перепродаж продуктів ST з положеннями, відмінними від інформації, викладеної в цьому документі, анулює будь-яку гарантію, надану ST на такий продукт.
ST і логотип ST є торговими марками ST. Для отримання додаткової інформації про торгові марки ST див www.st.com/trademarks. Усі інші назви продуктів або послуг є власністю відповідних власників.
Інформація в цьому документі замінює інформацію, надану раніше в будь-яких попередніх версіях цього документа.
© 2021 STMicroelectronics – Усі права захищено
Документи / Ресурси
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 Advanced BLDC Controller з вбудованим STM32 MCU Evaluation Board [pdfПосібник користувача UM2154, STEVAL-SPIN3201 Розширений контролер BLDC із вбудованою платою оцінки MCU STM32 |
