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用户手册
STEVE-SPIN3201：具有嵌入式 STM32 MCU 评估板的高级 BLDC 控制器
介绍
STEVAL-SPIN3201 板是一款基于 STSPIN3F32 的三相无刷直流电机驱动板，这是一款集成了 STM0 MCU 的三相控制器，并实现了 3 分流电阻作为电流读取拓扑。
它为在家电、风扇、无人机和电动工具等不同应用中评估设备提供了一个易于使用的解决方案。
该板专为具有 3 分路传感的有传感器或无传感器磁场定向控制算法而设计。
图 1. STEVE-SPIN3201 评估板
硬件和软件要求
使用 STEVAL-SPIN3201 评估板需要以下软件和硬件：
- 用于安装软件包的 Windows® PC（XP、Vista 7、Windows 8、Windows 10）
- 用于将 STEVAL-SPIN3201 板连接到 PC 的 mini-B USB 电缆
- STM32 电机控制软件开发套件 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 具有兼容电压的三相无刷直流电机tage 和电流额定值
- 外部直流电源。
入门
该板的最大额定值如下：
- 功率tag供应量tage (VS) 从 8 V 到 45 V
- 电机相电流高达 15 Arms
要使用开发板开始您的项目：
步 1、根据目标配置检查跳线位置 （参见第 4.3 节过流检测
步 2. 将电机连接到连接器 J3，注意电机相位的顺序。
步 3. 通过连接器 J1 的输入 2 和 2 为电路板供电。 DL1（红色）LED 将亮起。
步 4. 使用 STM32 电机控制软件开发套件 Rev Y 开发您的应用程序 (X-CUBEMCSDK-Y)。
硬件描述和配置
数字 2. 主要元件和连接器的位置显示了主要元件和连接器在板上的位置。
数字 2. 主要部件和连接器位置
表 1. 硬件设置跳线提供连接器的详细引脚排列。
表 1. 硬件设置跳线
| 跳线 | 允许的配置 | 默认条件 |
| JP1 | 选择 VREG 连接到 V 电机 | 打开 |
| JP2 | 选择电机电源接直流电源 | 关闭 |
| JP3 | 选择霍尔编码器供电给USB(1)/VDD(3)供电 | 1 – 2 关闭 |
| JP4 | ST-LINK(U4)的选择复位 | 打开 |
| JP5 | 选择 PA2 连接到 3 号厅 | 关闭 |
| JP6 | 选择 PA1 连接到 2 号厅 | 关闭 |
| JP7 | 选择 PA0 连接到 1 号厅 | 关闭 |
表 2. 其他连接器、跳线和测试点说明
|
姓名 |
别针 | 标签 |
描述 |
| J1 | 1 – 2 | J1 | 电机电源 |
| J2 | 1 – 2 | J2 | 设备主电源（VM） |
| J3 | 1 – 2 – 3 | U、V、W | 三相 BLDC 电机相位连接 |
| J4 | 1 – 2 – 3 | J4 | 霍尔/编码器传感器连接器 |
| 4 – 5 | J4 | 霍尔传感器/编码器电源 | |
| J5 | – | J5 | USB 输入 ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK电源 |
| 2 | 时钟 | ST-LINK的SWCLK | |
| 3 | 地线 | 地线 | |
| 4 | 迪奥 | ST-LINK的SWDIO | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | 大车 |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK复位 |
| TP1 | – | 格雷格 | 12伏tag稳压器输出 |
| TP2 | – | 地线 | 地线 |
| TP3 | – | 电压源 | 电压源 |
| TP4 | – | 速度 | 速度电位器输出 |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO（输出op-amp 感觉 1) |
| TP6 | – | VBUS | VBus 反馈 |
| TP7 | – | 输出_U | 输出 U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO（输出op-amp 感觉 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO（输出op-amp 感觉 3) |
| TP10 | – | 地线 | 地线 |
| TP11 | – | 输出电压 | 输出电压 |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | 输出_W | 输出功率 |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB卷tage |
| TP16 | – | 输入/输出 | SWD_IO |
| TP17 | – | 时钟 | SWD_时钟 |
电路描述
STEVAL-SPIN3201 提供完整的 3 分流 FOC 解决方案，由 STSPIN32F0（带有嵌入式 STM32 MCU 的高级 BLDC 控制器）和三重半桥电源组成tage 使用 NMOS STD140N6F7。
STSPIN32F0 自动生成所有所需的电源电压tages：内部 DC/DC 降压转换器提供 3V3，内部线性稳压器为栅极驱动器提供 12V。
电流反馈信号调节是通过三个操作执行的 amp内置于器件中的放大器和内部比较器执行分流电阻器的过流保护。
两个用户按钮、两个 LED 和一个微调器可用于实现简单的用户界面（例如，启动/停止电机和设置目标速度）。
STEVAL-SPIN3201 板支持正交编码器和数字霍尔传感器作为电机位置反馈。
该板包括一个 ST-LINK-V2，允许用户在没有任何额外硬件工具的情况下调试和下载固件。
4.1 霍尔/编码器电机速度传感器
STEVAL-SPIN3201 评估板支持数字霍尔和正交编码器传感器作为电机位置反馈。
传感器可以通过 J32 连接器连接到 STSPIN0F4 列在
表 3. 霍尔/编码器连接器 (J4)。
| 姓名 | 别针 | 描述 |
| 1号馆/A+ | 1 | 霍尔传感器 1/编码器输出 A+ |
| 2号馆/B+ | 2 | 霍尔传感器 2/编码器输出 B+ |
| 3号馆/Z+ | 3 | 霍尔传感器 3/编码器零反馈 |
| VDD 传感器 | 4 | 传感器供应量tage |
| 地线 | 5 | 地面 |
一个1k的保护串联电阻Ω 与传感器输出串联安装。
对于需要外部上拉的传感器，三个 10 kΩ 电阻器已经安装在输出线上并连接到 VDD voltage. 在同一条线上，还提供下拉电阻器的占位面积。
跳线 JP3 为传感器供电 vol 选择电源tage:
- 引脚 1 – 引脚 2 之间的跳线：由 VUSB (5 V) 供电的霍尔传感器
- 引脚 1 – 引脚 2 之间的跳线：由 VDD (3.3 V) 供电的霍尔传感器
用户可以通过 MCU GPIO 开路跳线 JP5、JP6 和 JP7 断开传感器输出。
4.2 电流感应
在 STEVAL-SPIN3201 板中，电流检测信号调节是通过三个可操作的 amp嵌入到 STSPIN32F0 器件中的放大器。
在典型的 FOC 应用中，三个半桥中的电流使用每个低侧电源开关源上的分流电阻进行检测。 感觉卷tag将信号提供给模数转换器以执行与特定控制技术相关的矩阵计算。 这些感测信号通常被转移和 amp由专门的操作员启发amps 以利用 ADC 的全部范围（参见图 3。电流检测方案 example）。
图 3. 电流检测方案 example
感测信号必须偏移并以 VDD/2 vol 为中心tage（约 1.65 V）和 amp再次阐明，它提供了感测信号的最大值与 ADC 的满量程范围之间的匹配。
卷tage 变速 stage 引入了反馈信号的衰减 (1/Gp)，它与同相配置的增益（Gn，由 Rn 和 Rf 固定）一起构成了总增益 (G)。 如前所述，目标是建立整体 amp化网络增益 (G) 使体积tag电机最大允许电流（电机额定电流的ISmax峰值）对应的分流电阻上的e符合vol的范围tages 可由 ADC 读取。
笔记 也就是说，一旦 G 固定，最好通过尽可能降低初始衰减 1/Gp 来配置它，从而降低增益 Gn。 这不仅对于通过噪声比最大化信号很重要，而且对于减少操作的影响也很重要。amp 输出的固有偏移（与 Gn 成正比）。
增益和极化体积tage (VOPout, pol) 确定电流检测电路的工作范围：
在哪里：
- IS- = 最大源电流
- IS+ = 电路可以检测到的最大吸收电流。
表 4. STEVE-SPIN3201 op-amps极化网络
|
范围 |
零件参考 | 修订版 1 |
修订版 3 |
| Rp | R14，R24，R33 | 560 Ω | 1.78kΩ |
| Ra | R12，R20，R29 | 8.2kΩ | 27.4kΩ |
| Rb | R15，R25，R34 | 560 Ω | 27.4kΩ |
| Rn | R13，R21，R30 | 1kΩ | 1.78kΩ |
| Rf | R9，R19，R28 | 15kΩ | 13.7kΩ |
| Cf | C15、C19、C20 | 100 皮法 | 新墨西哥州 |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOPout, 波尔 | – | 1.74 伏 | 1.65 伏 |
4.3 过流检测
STEVAL-SPIN3201 评估板基于 STSPIN32F0 集成 OC 比较器实现过流保护。 分流电阻器测量每相的负载电流。 电阻器 R50、R51 和 R52 将 voltage 与每个负载电流相关的信号到 OC_COMP 引脚。 当流入三相之一的峰值电流超过所选阈值时，集成比较器被触发，所有高端电源开关都被禁用。 当电流低于阈值时，高端电源开关再次启用，从而实现过流保护。
STEVAL-SPIN3201 评估板的电流阈值列于
表 5. 过流阈值。
| PF6 | PF7 | 内部补偿临界点 | OC阈值 |
| 0 | 1 | 100 mV | 20 一 |
| 1 | 0 | 250 mV | 65 一 |
| 1 | 1 | 500 mV | 140 一 |
这些阈值可以通过改变 R43 偏置电阻来修改。 建议选择高于 43 kΩ 的 R30。 为了计算目标电流限制 IOC 的 R43 值，可以使用以下公式：
其中 OC_COMPth 是体积tage 内部比较器的阈值（由 PF6 和 PF7 选择），VDD 为 3.3 V 数字电源电压tage 由内部 DCDC 降压转换器提供。
去掉R43，电流阈值公式简化如下：
4.4 总线容量tag电子电路
STEVAL-SPIN3201 评估板提供总线电压tage 感应。 这个信号是通过一个vol发送的tag来自电机电源的分压器tage (VBUS)（R10 和 R16）并发送到嵌入式 MCU 的 PB1 GPIO（ADC 的通道 9）。 该信号也可在 TP6 上使用。
4.5 硬件用户界面
该板包括以下硬件用户界面项：
- 电位器 R6：设置目标速度，例如ample
- 开关 SW1：复位 STSPIN32F0 MCU 和 ST-LINK V2
- 开关 SW2：用户按钮 1
- 开关 SW3：用户按钮 2
- LED DL3：用户 LED 1（按下用户 1 按钮时也会亮起）
- LED DL4：用户 LED 2（按下用户 2 按钮时也会亮起）
4.6 调试
STEVAL-SPIN3201 评估板嵌入了 ST-LINK/V2-1 调试器/编程器。 ST-LINK 支持的功能有：
- USB软件重新枚举
- USB 上的虚拟 com 端口接口连接到 STSPIN6F7 (UART32) 的 PB0/PB1 引脚
- USB 上的大容量存储接口
ST-LINK 的电源由主机 PC 通过连接到 J5 的 USB 电缆提供。
LED LD2 提供 ST-LINK 通讯状态信息： - 红色 LED 慢闪：USB 初始化前上电时
- 红色 LED 快速闪烁：首先在 PC 和 ST-LINK/V2-1 之间正确通信（枚举）
- 红色 LED 亮起：PC 和 ST-LINK/V2-1 之间的初始化完成
- 绿色 LED 亮起：目标通信初始化成功
- 红色/绿色 LED 闪烁：在与目标通信期间
- 绿灯亮：通讯完成并成功
通过移除跳线 J8，复位功能与 ST-LINK 断开。
修订历史
表 6. 文档修订历史
| 日期 | 修订 | 更改 |
| 12 年 20161 月 XNUMX 日 | 1 | 初始版本。 |
| 23 年 2017 月 XNUMX 日 | 2 | 在第 4.2 页上添加了第 7 节：电流检测。 |
| 27 年 2018 月 XNUMX 日 | 3 | 整个文档的小修改。 |
| 18 年 2021 月 XNUMX 日 | 4 | 较小的模板校正。 |
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