Bộ điều khiển BLDC nâng cao UM2154 STEVAL-SPIN3201 với Hướng dẫn sử dụng Bảng đánh giá MCU STM32 được nhúng

cuộc sống.augmented
UM2154

Hướng dẫn sử dụng

STEVE-SPIN3201: bộ điều khiển BLDC tiên tiến với bảng đánh giá MCU STM32 được nhúng

Nội dung trốn

1 Giới thiệu

2 Yêu cầu phần cứng và phần mềm

3 Bắt đầu

4 Mô tả và cấu hình phần cứng

5 Mô tả mạch

6 Lịch sử sửa đổi

7 Tài liệu / Tài nguyên

7.1 Tài liệu tham khảo

8 Bài viết liên quan

Giới thiệu

Bo mạch STEVAL-SPIN3201 là bo mạch điều khiển động cơ DC không chổi than 3 pha dựa trên STSPIN32F0, một bộ điều khiển 3 pha với MCU STM32 tích hợp và sử dụng điện trở 3-shunt làm cấu trúc liên kết đọc hiện tại.
Nó cung cấp một giải pháp dễ sử dụng để đánh giá thiết bị trong các ứng dụng khác nhau như thiết bị gia dụng, quạt, máy bay không người lái và dụng cụ điện.
Bảng được thiết kế cho thuật toán điều khiển hướng trường cảm biến hoặc không cảm biến với cảm biến 3 shunt.

Hình 1. Bảng đánh giá STEVE-SPIN3201

Yêu cầu phần cứng và phần mềm

Sử dụng bảng đánh giá STEVAL-SPIN3201 yêu cầu phần mềm và phần cứng sau:

PC chạy Windows ® (XP, Vista 7, Windows 8, Windows 10) để cài đặt gói phần mềm
Cáp USB mini-B để kết nối bo mạch STEVAL-SPIN3201 với PC

Bộ phát triển phần mềm điều khiển động cơ STM32 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
Động cơ DC không chổi than 3 pha với điện áp tương thíchtage và xếp hạng hiện tại

Nguồn điện DC bên ngoài.

Bắt đầu

Xếp hạng tối đa của hội đồng quản trị như sau:

sức mạnh stage cung cấp voltage (VS) từ 8 V đến 45 V
Dòng pha động cơ lên đến 15 Arms

Để bắt đầu dự án của bạn với bảng:

Bước chân 1. Kiểm tra vị trí jumper theo cấu hình mục tiêu (xem Phần 4.3 Phát hiện quá dòng
Bước chân 2. Kết nối động cơ với đầu nối J3 chú ý đến trình tự của các giai đoạn động cơ.
Bước chân 3. Cung cấp bo mạch thông qua đầu vào 1 và 2 của đầu nối J2. Đèn LED DL1 (đỏ) sẽ bật.
Bước chân 4. Phát triển ứng dụng của bạn bằng Bộ phát triển phần mềm điều khiển động cơ STM32 Rev Y (X-CUBEMCSDK-Y).

Mô tả và cấu hình phần cứng

Nhân vật 2. Vị trí của các thành phần chính và đầu nối hiển thị vị trí của các thành phần chính và đầu nối trên bo mạch.
Nhân vật 2. Các thành phần chính và vị trí kết nối

Bảng 1. Các jumper cài đặt phần cứng cung cấp sơ đồ chân chi tiết của các đầu nối.
Bảng 1. Jumper cài đặt phần cứng

Áo len	Cấu hình được phép	Điều kiện mặc định
JP1	Lựa chọn VREG kết nối với động cơ V	MỞ
JP2	Bộ nguồn động cơ lựa chọn được kết nối với nguồn điện DC	ĐÃ ĐÓNG CỬA
JP3	Nguồn cung cấp bộ mã hóa Hội trường lựa chọn cho nguồn điện USB (1) / VDD (3)	1 - 2 ĐÃ ĐÓNG CỬA
JP4	Đặt lại lựa chọn của ST-LINK (U4)	MỞ
JP5	Lựa chọn PA2 kết nối với Hội trường 3	ĐÃ ĐÓNG CỬA
JP6	Lựa chọn PA1 kết nối với Hội trường 2	ĐÃ ĐÓNG CỬA
JP7	Lựa chọn PA0 kết nối với Hội trường 1	ĐÃ ĐÓNG CỬA

Bảng 2. Các đầu nối, jumper và mô tả điểm kiểm tra khác

Tên	Ghim	Nhãn	Sự miêu tả
J1	1 – 2	J1	Cung cấp điện động cơ
J2	1 – 2	J2	Nguồn điện chính của thiết bị (VM)
J3	1 – 2 – 3	U, V, W	Kết nối các pha động cơ BLDC 3 pha
J4	1 – 2 – 3	J4	Đầu nối cảm biến Hall / encoder
J4	4 – 5	J4	Bộ cảm biến / bộ mã hóa Hall
J5	–	J5	Đầu vào USB ST-LINK
J6	1	3V3	Bộ nguồn ST-LINK
	2	CLK	SWCLK của ST-LINK
	3	GND	GND
	4	DIO	SWDIO của ST-LINK
J7	1 – 2	J7	XE ĐẨY
J8	1 – 2	J8	Đặt lại ST-LINK
TP1	–	GREG	điện áp 12 Vtagđầu ra của bộ điều chỉnh điện tử
TP2	–	GND	GND
TP3	–	VDD	VDD
TP4	–	TỐC ĐỘ	Đầu ra chiết áp tốc độ
TP5	–	PA3	PA3 GPIO (đầu ra op-amp giác quan 1)
TP6	–	V-BUS	Phản hồi VBus
TP7	–	NGOÀI_U	Đầu ra U
TP8	–	PA4	PA4 GPIO (đầu ra op-amp giác quan 2)
TP9	–	PA5	PA5 GPIO (đầu ra op-amp giác quan 3)
TP10	–	GND	GND
TP11	–	NGOÀI_V	Đầu ra V
TP12	–	PA7	PA7_3FG
TP13	–	NGOÀI_W	Đầu ra W
TP14	–	3V3	LIÊN KẾT 3V3
TP15	–	5V	ổ đĩa USBtage
TP16	–	Đầu vào/Đầu ra	SWD_IO
TP17	–	CLK	SWD_CLK

Mô tả mạch

STEVAL-SPIN3201 cung cấp giải pháp FOC 3 shunt hoàn chỉnh bao gồm STSPIN32F0 - bộ điều khiển BLDC tiên tiến với MCU STM32 nhúng - và nguồn ba nửa cầu stage với NMOS STD140N6F7.
STSPIN32F0 tự động tạo ra tất cả nguồn cung cấp cần thiếttages: bộ chuyển đổi DC / DC buck bên trong cung cấp 3V3 và bộ điều chỉnh tuyến tính bên trong cung cấp 12 V cho các trình điều khiển cổng.
Điều hòa tín hiệu phản hồi hiện tại được thực hiện thông qua ba trong số các hoạt động ampbộ khuếch đại được nhúng vào thiết bị và bộ so sánh bên trong thực hiện bảo vệ quá dòng khỏi điện trở shunt.
Hai nút người dùng, hai đèn LED và một tông đơ có sẵn để triển khai các giao diện người dùng đơn giản (ví dụ: khởi động / dừng động cơ và cài đặt tốc độ mục tiêu).
Bo mạch STEVAL-SPIN3201 hỗ trợ bộ mã hóa cầu phương và cảm biến Hall kỹ thuật số làm phản hồi vị trí động cơ.
Bo mạch bao gồm một ST-LINK-V2 cho phép người dùng gỡ lỗi và tải xuống phần sụn mà không cần bất kỳ công cụ phần cứng bổ sung nào.

4.1 Cảm biến tốc độ động cơ Hall / encoder
Bảng đánh giá STEVAL-SPIN3201 hỗ trợ Hall kỹ thuật số và cảm biến mã hóa cầu phương làm phản hồi vị trí động cơ.
Các cảm biến có thể được kết nối với STSPIN32F0 thông qua đầu nối J4 được liệt kê trong

Bảng 3. Đầu nối bộ mã hóa / hội trường (J4).

Tên	Ghim	Sự miêu tả
Hội trường1 / A +	1	Cảm biến Hall 1 / đầu ra mã hóa A +
Hall2 / B +	2	Cảm biến Hall 2 / đầu ra mã hóa B +
Hall3 / Z +	3	Cảm biến Hall 3 / bộ mã hóa không phản hồi
Cảm biến VDD	4	Nguồn cung cấp cảm biến voltage
GND	5	Đất

Một điện trở nối tiếp bảo vệ 1 kΩ được gắn trong một loạt với các đầu ra cảm biến.
Đối với các cảm biến yêu cầu kéo lên bên ngoài, ba điện trở 10 kΩ đã được gắn trên các đường đầu ra và được kết nối với vôn VDDtage. Trên các dòng tương tự, một dấu chân cho điện trở kéo xuống cũng có sẵn.

Jumper JP3 chọn nguồn điện cho nguồn cung cấp cảm biến voltage:

Jumper giữa chân 1 - chân 2: Cảm biến Hall được cấp nguồn bởi VUSB (5 V)

Jumper giữa chân 1 - chân 2: Cảm biến Hall được cung cấp bởi VDD (3.3 V)
Người dùng có thể ngắt kết nối đầu ra cảm biến khỏi các jumper mở MCU GPIO JP5, JP6 và JP7.

4.2 Cảm biến hiện tại

Trong bo mạch STEVAL-SPIN3201, điều hòa tín hiệu cảm biến hiện tại được thực hiện thông qua ba trong số các hoạt động ampbộ lót được nhúng vào thiết bị STSPIN32F0.
Trong một ứng dụng FOC điển hình, dòng điện trong ba nửa cầu được cảm nhận bằng cách sử dụng một điện trở shunt trên nguồn của mỗi công tắc nguồn bên thấp. The sense voltagTín hiệu e được cung cấp cho bộ chuyển đổi tương tự-số để thực hiện phép tính ma trận liên quan đến một kỹ thuật điều khiển nhất định. Những tín hiệu cảm giác đó thường bị thay đổi và ampđược làm nhẹ nhàng bởi op-amps để khai thác toàn bộ phạm vi của ADC (tham khảo Hình 3. Sơ đồ cảm biến hiện tại, ví dụ:ample).

Hình 3. Sơ đồ cảm biến hiện tại example

Các tín hiệu cảm giác phải được dịch chuyển và tập trung vào VDD / 2 voltage (khoảng 1.65 V) và ampđược làm lỏng một lần nữa, điều này cung cấp sự phù hợp giữa giá trị lớn nhất của tín hiệu được cảm biến và phạm vi quy mô đầy đủ của ADC.
Voltage đang chuyển stage đưa vào độ suy giảm (1 / Gp) của tín hiệu phản hồi, cùng với độ lợi của cấu hình không đảo (Gn, cố định bởi Rn và Rf), góp phần vào độ lợi tổng thể (G). Như đã đề cập, mục tiêu là thiết lập tổng thể ampđộ lợi mạng lification (G) sao cho voltage trên điện trở shunt tương ứng với dòng điện tối đa cho phép của động cơ (giá trị đỉnh ISmax của dòng điện danh định động cơ) phù hợp với phạm vi vôntagADC có thể đọc được.

Ghi chú rằng, một khi G được cố định, tốt hơn nên cấu hình nó bằng cách giảm độ suy giảm ban đầu 1 / Gp càng nhiều càng tốt và do đó, độ lợi Gn. Điều này quan trọng không chỉ để tối đa hóa tín hiệu theo tỷ lệ nhiễu mà còn để giảm ảnh hưởng của op-amp phần bù nội tại trên đầu ra (tỷ lệ với Gn).

Độ lợi và độ phân cực voltage (VOPout, pol) xác định phạm vi hoạt động của mạch cảm biến hiện tại:

Ở đâu:

IS- = dòng điện có nguồn tối đa
IS + = dòng điện chìm tối đa mà mạch có thể cảm nhận được.

Bảng 4. STEVE-SPIN3201 op-ampmạng phân cực s

Tham số	Phần tham khảo	Sửa đổi 1	Sửa đổi 3
Rp	R14, R24, R33	560Ω	1.78 kΩ
Ra	R12, R20, R29	8.2 kΩ	27.4 kΩ
Rb	R15, R25, R34	560Ω	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	100pF	NM
G	–	7.74	7.70
VOPout, thăm dò ý kiến	–	1.74 vôn	1.65 vôn

4.3 Phát hiện quá dòng

Bảng đánh giá STEVAL-SPIN3201 thực hiện bảo vệ quá dòng dựa trên bộ so sánh OC tích hợp STSPIN32F0. Điện trở shunt đo dòng tải của mỗi pha. Các điện trở R50, R51 và R52 mang lại điện áptagtín hiệu e liên kết với mỗi dòng tải đến chân OC_COMP. Khi dòng điện đỉnh chạy ở một trong ba pha vượt quá ngưỡng đã chọn, bộ so sánh tích hợp sẽ được kích hoạt và tất cả các công tắc nguồn bên cao bị vô hiệu hóa. Công tắc nguồn bên cao được bật lại khi dòng điện giảm xuống dưới ngưỡng, do đó thực hiện bảo vệ quá dòng.
Các ngưỡng hiện tại cho hội đồng đánh giá STEVAL-SPIN3201 được liệt kê trong

Bảng 5. Các ngưỡng quá dòng.

PF6	PF7	Công ty nội bộ. ngưỡng cửa	Ngưỡng OC
0	1	100 mV	20 Một
1	0	250 mV	65 Một
1	1	500 mV	140 Một

Các ngưỡng này có thể được sửa đổi bằng cách thay đổi điện trở phân cực R43. Nên chọn R43 cao hơn 30 kΩ. Để tính toán giá trị của R43 cho IOC giới hạn hiện tại mục tiêu, có thể sử dụng công thức sau:

trong đó OC_COMPth là voltagngưỡng e của bộ so sánh bên trong (được chọn bởi PF6 và PF7) và VDD là nguồn cung cấp kỹ thuật số 3.3 V voltage được cung cấp bởi bộ chuyển đổi buck DCDC nội bộ.
Loại bỏ R43, công thức ngưỡng hiện tại được đơn giản hóa như sau:

4.4 Bus voltagmạch e

Bảng đánh giá STEVAL-SPIN3201 cung cấp bus voltage cảm nhận. Tín hiệu này được gửi qua một voltage bộ chia từ nguồn cung cấp động cơ voltage (VBUS) (R10 và R16) và được gửi đến PB1 GPIO (kênh 9 của ADC) của MCU nhúng. Tín hiệu cũng có sẵn trên TP6.

4.5 Giao diện người dùng phần cứng

Bo mạch bao gồm các mục giao diện người dùng phần cứng sau:

Potentiometer R6: đặt tốc độ mục tiêu, ví dụ:ample
Công tắc SW1: đặt lại STSPIN32F0 MCU và ST-LINK V2

Chuyển SW2: nút người dùng 1
Chuyển SW3: nút người dùng 2
LED DL3: đèn LED người dùng 1 (cũng bật khi người dùng nhấn nút 1)

LED DL4: đèn LED người dùng 2 (cũng bật khi người dùng nhấn 2 nút)

4.6 Gỡ lỗi

Bảng đánh giá STEVAL-SPIN3201 nhúng một trình gỡ lỗi / lập trình viên ST-LINK / V2-1. Các tính năng được hỗ trợ trên ST-LINK là:

Liệt kê lại phần mềm USB
Giao diện cổng com ảo trên USB được kết nối với chân PB6 / PB7 của STSPIN32F0 (UART1)
Giao diện bộ nhớ chung trên USB
Nguồn cung cấp cho ST-LINK được cung cấp bởi máy tính chủ thông qua cáp USB được kết nối với J5.
LED LD2 cung cấp thông tin trạng thái giao tiếp ST-LINK:

Đèn LED đỏ nhấp nháy chậm: khi bật nguồn trước khi khởi tạo USB
Đèn LED đỏ nhấp nháy nhanh: sau giao tiếp chính xác đầu tiên giữa PC và ST-LINK / V2-1 (liệt kê)
Đèn LED đỏ BẬT: quá trình khởi tạo giữa PC và ST-LINK / V2-1 đã hoàn tất

Đèn LED xanh lục BẬT: khởi tạo giao tiếp mục tiêu thành công
Đèn LED đỏ / xanh lá cây nhấp nháy: trong quá trình giao tiếp với mục tiêu
Màu xanh lá cây BẬT: kết thúc giao tiếp và thành công
Chức năng đặt lại bị ngắt kết nối khỏi ST-LINK bằng cách tháo cầu nối J8.

Lịch sử sửa đổi

Bảng 6. Lịch sử sửa đổi tài liệu

Ngày	Ôn tập	Thay đổi
12-20161-XNUMX	1	Phiên bản phát hành đầu tiên.
23-2017-XNUMX	2	Đã thêm Phần 4.2: Cảm nhận hiện tại trên trang 7.
27-2018-XNUMX	3	Các sửa đổi nhỏ trong toàn bộ tài liệu.
18-2021-XNUMX	4	Chỉnh sửa mẫu nhỏ.

STMicroelectronics NV và các công ty con của nó (“ST”) bảo lưu quyền thực hiện các thay đổi, hiệu chỉnh, cải tiến, sửa đổi và cải tiến đối với các sản phẩm của ST và / hoặc tài liệu này bất kỳ lúc nào mà không cần thông báo. Người mua nên có thông tin liên quan mới nhất về các sản phẩm ST trước khi đặt hàng. Sản phẩm của ST được bán theo các điều khoản và điều kiện bán hàng của ST tại thời điểm xác nhận đơn đặt hàng. Người mua hoàn toàn chịu trách nhiệm về việc lựa chọn, lựa chọn và sử dụng các sản phẩm của ST và ST không chịu trách nhiệm về việc hỗ trợ ứng dụng hoặc thiết kế các sản phẩm của Người mua.

THÔNG BÁO QUAN TRỌNG - VUI LÒNG ĐỌC KỸ

ST không cấp bất kỳ giấy phép nào, dù là rõ ràng hay ngụ ý, cho bất kỳ quyền sở hữu trí tuệ nào ở đây.
Việc bán lại các sản phẩm ST với các điều khoản khác với thông tin được nêu ở đây sẽ làm mất hiệu lực bất kỳ bảo hành nào mà ST cấp cho sản phẩm đó.
ST và logo ST là thương hiệu của ST. Để biết thêm thông tin về nhãn hiệu ST, vui lòng tham khảo www.st.com/trademarks. Tất cả tên sản phẩm hoặc dịch vụ khác là tài sản của chủ sở hữu tương ứng.
Thông tin trong tài liệu này thay thế và thay thế thông tin đã cung cấp trước đó trong bất kỳ phiên bản nào trước đây của tài liệu này.