生命增強
UM2154
使用者手冊
STEVE-SPIN3201：帶有嵌入式 STM32 MCU 的高級 BLDC 控制器評估板
介紹
STEVAL-SPIN3201 板是一款基於 STSPIN3F32（集成 STM0 MCU 的三相控制器）的三相無刷直流電機驅動板，並採用 3 分流電阻器作為電流讀取拓撲。
它為評估家用電器、風扇、無人機和電動工具等不同應用中的設備提供了易於使用的解決方案。
該板專為具有 3 並聯傳感功能的有傳感器或無傳感器磁場定向控制算法而設計。
圖 1. STEVE-SPIN3201 評估板
硬件和軟件要求
使用 STEVAL-SPIN3201 評估板需要以下軟件和硬件：
- 用於安裝軟件包的 Windows® PC（XP、Vista 7、Windows 8、Windows 10）
- 用於將 STEVAL-SPIN3201 板連接到 PC 的 mini-B USB 電纜
- STM32 電機控制軟件開發套件 Rev Y (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 具有兼容電壓的三相無刷直流電機tage 和電流額定值
- 外部直流電源。
入門
該板的最大額定值如下：
- 功率tag供應量tage (VS) 從 8V 至 45V
- 電機相電流高達 15 Arms
要使用開發板啟動您的項目：
步 1.根據目標配置檢查跳線位置 （參見第 4.3 節過流檢測
步 2. 將電機連接到連接器 J3，注意電機相序。
步 3. 通過連接器 J1 的輸入 2 和 2 為電路板供電。 DL1（紅色）LED 將亮起。
步 4. 使用 STM32 電機控制軟件開發套件 Rev Y 開發您的應用程序 （X-CUBEMCSDK-Y）。
硬件描述及配置
數位 2. 主要元件和連接器的位置顯示了板上主要元件和連接器的位置。
數位 2. 主要部件及連接器位置
表 1. 硬件設置跳線提供連接器的詳細引腳排列。
表 1. 硬件設置跳線
| 跳線 | 允許的配置 | 默認條件 |
| JP1 | 連接到V電機的VREG的選擇 | 打開 |
| JP2 | 選擇電機電源連接直流電源 | 關閉 |
| JP3 | 選擇霍爾編碼器供電至 USB (1) / VDD (3) 電源 | 1 – 2 關閉 |
| JP4 | ST-LINK (U4) 的選擇重置 | 打開 |
| JP5 | 選擇 PA2 連接至 Hall 3 | 關閉 |
| JP6 | 選擇 PA1 連接至 Hall 2 | 關閉 |
| JP7 | 選擇 PA0 連接至 Hall 1 | 關閉 |
表 2. 其他連接器、跳線和測試點說明
|
姓名 |
別針 | 標籤 |
描述 |
| J1 | 1 – 2 | J1 | 電機電源 |
| J2 | 1 – 2 | J2 | 設備主電源（VM） |
| J3 | 1 – 2 – 3 年 XNUMX 月 XNUMX 日 | U、V、W | 三相 BLDC 電機相連接 |
| J4 | 1 – 2 – 3 年 XNUMX 月 XNUMX 日 | J4 | 霍爾/編碼器傳感器連接器 |
| 4 – 5 | J4 | 霍爾傳感器/編碼器電源 | |
| J5 | – | J5 | USB輸入 ST-LINK |
| J6 | 1 | 3V3 | ST-LINK電源 |
| 2 | 時鐘 | ST-LINK的SWCLK | |
| 3 | 接地 | 接地 | |
| 4 | 迪奧 | ST-LINK的SWDIO | |
| J7 | 1 – 2 | J7 | 大車 |
| J8 | 1 – 2 | J8 | ST-LINK重置 |
| TP1 | – | 格雷格 | 12伏tag調節器輸出 |
| TP2 | – | 接地 | 接地 |
| TP3 | – | 電源電壓 | 電源電壓 |
| TP4 | – | 速度 | 速度電位器輸出 |
| TP5 | – | PA3 | PA3 GPIO（輸出OP-amp 意義 1) |
| TP6 | – | 客車 | V總線反饋 |
| TP7 | – | 輸出_U | 輸出U |
| TP8 | – | PA4 | PA4 GPIO（輸出OP-amp 意義 2) |
| TP9 | – | PA5 | PA5 GPIO（輸出OP-amp 意義 3) |
| TP10 | – | 接地 | 接地 |
| TP11 | – | 輸出電壓 | 輸出V |
| TP12 | – | PA7 | PA7_3FG |
| TP13 | – | 輸出_W | 輸出功率 |
| TP14 | – | 3V3 | 3V3 ST-LINK |
| TP15 | – | 5V | USB卷tage |
| TP16 | – | 輸入/輸出 | SWD_IO |
| TP17 | – | 時鐘 | SWD_時鐘 |
電路描述
STEVAL-SPIN3201 提供完整的 3 分流 FOC 解決方案，由 STSPIN32F0（帶有嵌入式 STM32 MCU 的高級 BLDC 控制器）和三重半橋電源組成tage 與 NMOS STD140N6F7。
STSPIN32F0 自動生成所有所需的供電量tages：內部 DC/DC 降壓轉換器提供 3V3 電壓，內部線性穩壓器為柵極驅動器提供 12V 電壓。
電流反饋信號調節是通過三個操作執行的 amp嵌入器件中的放大器和內部比較器執行分流電阻器的過流保護。
兩個用戶按鈕、兩個 LED 和一個微調器可用於實現簡單的用戶界面（例如，啟動/停止電機和設置目標速度）。
STEVAL-SPIN3201 板支持正交編碼器和數字霍爾傳感器作為電機位置反饋。
該板包含 ST-LINK-V2，允許用戶調試和下載固件，無需任何額外的硬件工具。
4.1 霍爾/編碼器電機速度傳感器
STEVAL-SPIN3201 評估板支持數字霍爾和正交編碼器傳感器作為電機位置反饋。
傳感器可以通過 J32 連接器連接到 STSPIN0F4，如下所示
表 3. 霍爾/編碼器連接器 (J4)。
| 姓名 | 別針 | 描述 |
| 1號館/A+ | 1 | 霍爾傳感器 1/編碼器輸出 A+ |
| 2號館/B+ | 2 | 霍爾傳感器 2/編碼器輸出 B+ |
| 3號館/Z+ | 3 | 霍爾傳感器3/編碼器零反饋 |
| 電壓傳感器 | 4 | 傳感器供應量tage |
| 接地 | 5 | 地面 |
保護串接1k電阻Ω 與傳感器輸出串聯安裝。
對於需要外部上拉的傳感器，三個 10 kΩ 電阻已安裝在輸出線上並連接到 VDD 電壓tage. 在同一線路上，還提供下拉電阻器的佔位面積。
跳線JP3選擇傳感器供電電壓tage:
- 引腳 1 – 引腳 2 之間的跳線：霍爾傳感器由 VUSB (5 V) 供電
- 引腳 1 – 引腳 2 之間的跳線：霍爾傳感器由 VDD (3.3 V) 供電
用戶可以斷開傳感器輸出與 MCU GPIO 打開跳線 JP5、JP6 和 JP7 的連接。
4.2 電流檢測
在 STEVAL-SPIN3201 板中，電流感測信號調節是通過三個操作執行的 amp嵌入到 STSPIN32F0 器件中的 lifier。
在典型的 FOC 應用中，使用每個低側功率開關源極上的分流電阻器來感測三個半橋中的電流。 感覺卷tag信號被提供給模數轉換器，以執行與某種控制技術相關的矩陣計算。 這些傳感信號通常會發生偏移並且 amp由專用OP-amp為了充分利用 ADC 的全部範圍（請參閱圖 3。電流感應方案ample）。
圖 3. 電流檢測方案ample
檢測信號必須移動並以 VDD/2 vol 為中心tage（約1.65V）和 amp再次簡化，它提供了感測信號的最大值與 ADC 滿量程範圍之間的匹配。
卷tag電子換檔tage 引入了反饋信號的衰減 (1/Gp)，該衰減與同相配置的增益（Gn，由 Rn 和 Rf 固定）共同構成總增益 (G)。 正如已經提到的，目標是建立總體 amp化網絡增益（G）使得體積tag電機最大允許電流（電機額定電流ISmax峰值）對應的分流電阻上的e符合vol範圍tag可由 ADC 讀取。
筆記 也就是說，一旦 G 固定，最好通過盡可能降低初始衰減 1/Gp 來配置它，從而降低增益 Gn。 這不僅對於通過噪聲比最大化信號很重要，而且對於減少運算的影響也很重要。amp 輸出的固有偏移（與 Gn 成比例）。
增益和極化量tage (VOPout, pol) 確定電流檢測電路的工作範圍：
在哪裡：
- IS- = 最大源電流
- IS+ = 電路可以感測的最大灌電流。
表 4. STEVE-SPIN3201 運算amps極化網絡
|
範圍 |
零件參考 | 修訂版 1 |
修訂版 3 |
| Rp | R14、R24、R33 | 560Ω | 1.78kΩ |
| Ra | R12、R20、R29 | 8.2kΩ | 27.4kΩ |
| Rb | R15、R25、R34 | 560Ω | 27.4kΩ |
| Rn | R13、R21、R30 | 1kΩ | 1.78kΩ |
| Rf | R9、R19、R28 | 15kΩ | 13.7kΩ |
| Cf | C15、C19、C20 | 100皮法 | 近紅外線 |
| G | – | 7.74 | 7.70 |
| VOP 輸出、極性 | – | 1.74V | 1.65V |
4.3 過流檢測
STEVAL-SPIN3201 評估板基於 STSPIN32F0 集成 OC 比較器實現過流保護。 分流電阻測量每相的負載電流。 電阻器 R50、R51 和 R52 帶來電壓tag與 OC_COMP 引腳的每個負載電流相關的信號。 當三相之一的峰值電流超過選定的閾值時，集成比較器被觸發，所有高側功率開關被禁用。 當電流低於閾值時，高側電源開關再次啟用，從而實現過流保護。
STEVAL-SPIN3201 評估板的當前閾值列於
表 5. 過流閾值。
| PF6 | PF7 | 內部比較臨界點 | 超頻閾值 |
| 0 | 1 | 100 mV | 20安 |
| 1 | 0 | 250 mV | 65安 |
| 1 | 1 | 500 mV | 140安 |
這些閾值可以通過改變 R43 偏置電阻來修改。 建議選擇高於 43 kΩ 的 R30。 為了計算目標電流限制 IOC 的 R43 值，可以使用以下公式：
其中 OC_COMPth 是卷tage 內部比較器的閾值（由 PF6 和 PF7 選擇），VDD 為 3.3 V 數字電源電壓tage 由內部 DCDC 降壓轉換器提供。
去掉R43，電流閾值公式簡化如下：
4.4 總線量tag電子電路
STEVAL-SPIN3201 評估板提供總線電壓tag電子傳感。 該信號通過捲髮送tage 電機電源電壓分壓器tage (VBUS)（R10 和 R16）並發送到嵌入式 MCU 的 PB1 GPIO（ADC 的通道 9）。 TP6 上也提供該信號。
4.5 硬件用戶界面
該板包括以下硬件用戶界面項：
- 電位器R6：設定目標速度，例如ample
- 開關SW1：復位STSPIN32F0 MCU和ST-LINK V2
- 開關SW2：用戶按鈕1
- 開關SW3：用戶按鈕2
- LED DL3：用戶 LED 1（按下用戶 1 按鈕時也會亮起）
- LED DL4：用戶 LED 2（按下用戶 2 按鈕時也會亮起）
4.6 調試
STEVAL-SPIN3201 評估板嵌入了 ST-LINK/V2-1 調試器/編程器。 ST-LINK 支持的功能包括：
- USB 軟件重新枚舉
- USB 上的虛擬 com 端口接口連接到 STSPIN6F7 (UART32) 的 PB0/PB1 引腳
- USB 大容量存儲接口
ST-LINK 的電源由主機 PC 通過連接到 J5 的 USB 電纜提供。
LED LD2提供ST-LINK通信狀態信息： - 紅色 LED 緩慢閃爍：上電時 USB 初始化之前
- 紅色 LED 快速閃爍：PC 和 ST-LINK/V2-1 之間首次正確通信後（枚舉）
- 紅色 LED 亮起：PC 和 ST-LINK/V2-1 之間的初始化完成
- 綠色 LED 亮起：目標通信初始化成功
- 紅/綠 LED 閃爍：與目標通信期間
- 綠燈亮：通訊完成並成功
通過移除跳線 J8 可以斷開復位功能與 ST-LINK 的連接。
修訂歷史
表 6. 文件修訂歷史記錄
| 日期 | 修訂 | 變化 |
| 12 年 20161 月 XNUMX 日 | 1 | 初次發布。 |
| 23 年 2017 月 XNUMX 日 | 2 | 添加了第 4.2 節：第 7 頁的電流檢測。 |
| 27 年 2018 月 XNUMX 日 | 3 | 對整個文檔進行了細微修改。 |
| 18 年 2021 月 XNUMX 日 | 4 | 較小的模板修正。 |
STMicroElectronics NV 及其子公司（“ST”）保留隨時對 ST 產品和/或本文檔進行更改、更正、增強、修改和改進的權利，恕不另行通知。 採購商在下單前應獲取ST產品的最新相關信息。 ST 產品按照訂單確認時的 ST 銷售條款和條件進行銷售。 購買者對 ST 產品的選擇、選擇和使用承擔全部責任，ST 對購買者產品的應用協助或設計不承擔任何責任。
重要提示–請仔細閱讀
ST 此處未授予任何知識產權明示或暗示的許可。
轉售條款與此處所列資訊不同的 ST 產品將使 ST 對該產品授予的任何保固失效。
ST 和 ST 標誌是 ST 的商標。 有關 ST 商標的更多信息，請參閱 www.st.com/trademarks。所有其他產品或服務名稱均為其各自所有者的財產。
本文檔中的資訊取代並取代本文檔任何先前版本中先前提供的資訊。
© 2021 義法半導體 – 保留所有權利
文件/資源
 |
ST UM2154 STEVAL-SPIN3201 具有嵌入式 STM32 MCU 的高級 BLDC 控制器評估板 [pdf] 使用者手冊 UM2154，具有嵌入式 STM3201 MCU 的 STEVAL-SPIN32 高級 BLDC 控制器評估板 |
