用户手册 STEVAL-SPIN3201: 配备嵌入式 STM32 MCU 评估板的高级 BLDC 控制器 引言 STEVAL-SPIN3201 板是基于 STSPIN32F0 的 3 相无刷 DC 电机驱动器板 集成了 STM32 MCU 的 3 相控制器, 并采用 3 分流电阻作为电流读取拓扑 它为评估家电 风扇 无人机和电动工具等不同应用中的器件提供了易于使用的解决方案 该板旨在用于具有 3 电阻感应的有传感器或无传感器的磁场定向控制算法 图 1. STEVAL-SPIN3201 评估板 2017 年 9 月 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1] 1/10 www.st.com 10
目录 目录 1 硬件和软件要求.............................................. 3 2 开始使用................................................... 3 3 硬件说明和配置.............................................. 4 4 电路说明................................................... 6 4.1 霍尔 / 编码器电机速度传感器.................................... 6 4.2 过电流检测和电流传感测量.................................... 7 4.3 母线电压电路............................................... 7 4.4 硬件用户界面............................................... 8 4.5 调试...................................................... 8 5 版本历史................................................... 9 2/10 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1]
硬件和软件要求 1 硬件和软件要求 使用 STEVAL-SPIN3201 评估板需要以下软件和硬件 : Windows PC(XP Vista 7 Windows 8 Windows 10), 以安装软件包 Mini-B USB 线缆, 以连接 STEVAL-SPIN3201 板与 PC STSW-SPIN3201 固件示例或 STM32 PMSM FOC 软件开发套件 ( 均可从 www.st.com 上获取 ) 具有兼容电压和额定电流的三相无刷 DC 电机 外部直流电源 2 起始 该板的最大额定值如下 : 功率级供电电压 (VS) 范围 :8 V 至 45 V 电机相线电流最高为 15 A rms 要使用该板启动项目, 请 : 1. 根据目标配置检查跳线位置 ( 参见第 4.2 节第 7 节 ) 2. 将电机连接到连接器 J3 上, 考虑电机相线线序 3. 通过连接器 J2 的输入 1 和 2 为板供电 DL1( 红色 )LED 指示灯将会接通 4. 使用提供的代码示例或 STM32 FOC MC 库开发应用 STSW-SPIN3201 固件示例还提供了可以使用的预编译二进制文件 若需更多信息, 请参考 UM2152 用户手册 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1] 3/10 10
硬件说明和配置 3 硬件说明和配置 图 2 显示了板上主要组件和连接器的位置 图 2. 主要组件和连接器位置 表 1 提供了连接器的详细引脚排列 表 1. 硬件设置跳线 跳线 可用的配置 默认状态 JP1 选择连接到 V 电机的 VREG OPEN JP2 选择电机电源连接到直流电源 CLOSED JP3 选择霍尔编码器为 USB(1)/ VDD(3) 电源供电 1-2 CLOSED JP4 选择 ST-LINK(U4) 复位 OPEN JP5 选择 PA2 连接到霍尔 3 CLOSED JP6 选择 PA1 连接到霍尔 2 CLOSED JP7 选择 PA0 连接到霍尔 1 CLOSED 4/10 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1]
硬件说明和配置 表 2. 其他连接器 跳线和测试点说明 名称 引脚 标签 说明 J1 1-2 J1 电机电源 J2 1-2 J2 器件主电源 (VM) J3 1-2 - 3 U, V, W 3 相 BLDC 电机相线连接 J4 1-2 - 3 J4 霍尔 / 编码器传感器连接器 4-5 J4 霍尔传感器 / 编码器供电 J5 - J5 USB 输入 ST-LINK 1 3V3 ST-LINK 电源 J6 2 CLK ST-LINK 的 SWCLK 3 GND GND 4 DIO ST-LINK 的 SWDIO J7 1-2 J7 UART J8 1-2 J8 ST-LINK 复位 TP1 - VREG 12 V 电压稳压器输出 TP2 - GND GND TP3 - VDD VDD TP4 - SPEED 速度电位计输出 TP5 - PA3 PA3 GPIO( 输出运放感应 1) TP6 - VBUS VBus 反馈 TP7 - OUT_U 输出 U TP8 - PA4 PA4 GPIO( 输出运放感应 2) TP9 - PA5 PA5 GPIO( 输出运放感应 3) TP10 - GND GND TP11 - OUT_V 输出 V TP12 - PA7 PA7_3FG TP13 - OUT_W 输出 W TP14-3V3 3V3 ST-LINK TP15-5V USB 电压 TP16 - I/O SWD_IO TP17 - CLK SWD_CLK DocID030119 Rev 1 [English Rev 1] 5/10 10
电路说明 4 电路说明 STEVAL-SPIN3201 提供完整的 3 电阻 FOC 解决方案, 由 STSPIN32F0- 具有嵌入式 STM32 MCU 的高级 BLDC 控制器和具有 NMOS STD140N6F7 的三半桥功率级组成 STSPIN32F0 自动生成所需的所有供电电压 : 内部直流 / 直流降压转换器提供 3V3 电压, 内部线性稳压器为栅极驱动器提供 12 V 电压 电流反馈信号调节通过嵌入器件中的三个运放进行, 内部比较器对分流电阻进行过电流保护 两个用户按钮 两个 LED 指示灯和一个微调器可用于实现简单的用户界面 ( 例如启动 / 停止电机并设定目标速度 ) 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, 使用户可以在没有任何额外的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 如表 3 所示, 传感器可以通过 J4 连接器连接到 STSPIN32F0 表 3. 霍尔 / 编码器连接器 (J4) 名称 引脚 说明 Hall1/A+ 1 霍尔传感器 1/ 编码器输出 A+ Hall2/B+ 2 霍尔传感器 2/ 编码器输出 B+ Hall3/Z+ 3 霍尔传感器 3/ 编码器零反馈 VDD 传感器 4 传感器供电电压 GND 5 接地 1 kω 的保护串联电阻与传感器输出串联安装 对于需要外部上拉的传感器, 输出线上已经安装了三个 10 kω 电阻, 并连接到 VDD 电压 同样的, 也可以提供下拉电阻的封装 跳线 JP3 选择传感器供电电压的电源 : 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断开 MCU GPIO 打开跳线 JP5 JP6 和 JP7 的传感器输出 6/10 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1]
电路说明 4.2 过电流检测和电流传感测量 STEVAL-SPIN3201 评估板基于 STSPIN32F0 集成的 OC 比较器实现过电流保护 分流电阻测量每相的负载电流 电阻 R50 R51 和 R52 将与每个负载电流相关的电压信号输入到 OC_COMP 引脚 当其中一个三相中流过的峰值电流超过所选择的阈值时, 集成的比较器会被触发, 并且所有高侧电源开关被禁用 当电流低于阈值时, 高侧电源开关再次启用, 从而实现过电流保护 STEVAL-SPIN3201 评估板的电流阈值如表 4 所示 表 4. 过电流阈值 PF6 PF7 内部比较器阈值 OC 阈值 0 1 100 mv 20 A 1 0 250 mv 65 A 1 1 500 mv 140 A 更改 R43 偏置电阻可以修改这些阈值 建议选择 R43 高于 30 kω 要计算目标电流限制 IOC 的 R43 值, 可以使用以下公式 : 公式 1 其中 OC_COMP th 是内部比较器的电压阈值 ( 由 PF6 和 PF7 选择 ),V DD 是由内部直流 / 直流降压转换器提供的 3.3 V 数字供电电压 移除 R43, 电流阈值公式简化如下 : 公式 2 4.3 母线电压电路 STEVAL-SPIN3201 评估板提供母线电压感应 该信号通过电机供电电压 (VBUS)(R10 和 R16) 的分压器进行设置, 并发送到嵌入式 MCU 的 PB1 GPIO(ADC 的通道 9) 上 信号也可在 TP6 上使用 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1] 7/10 10
电路说明 4.4 硬件用户界面 该板提供如下硬件用户界面 : 电位计 R6 设置, 例如, 目标速度 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 按钮时也会接通 ) LED DL4: 用户 LED 2( 按下用户 2 按钮时也会接通 ) 4.5 调试 STEVAL-SPIN3201 评估板嵌入了 ST-LINK/V2-1 调试工具 / 编程工具 ST-LINK 支持的特性包括 : USB 软件重新枚举 USB 上的虚拟 COM 端口接口, 连接到 STSPIN32F0(UART1) 的 PB6/PB7 引脚上 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 线缆提供 LED LD2 提供 ST-LINK 通信状态信息 : 红色 LED 缓慢闪烁 : 在 USB 初始化之前上电 红色 LED 快速闪烁 :PC 和 ST-LINK/V2-1 之间的第一次正确通信 ( 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 : 成功进行目标通信初始化 红色 / 绿色 LED 闪烁 : 与目标通信时 绿色亮起 : 通信成功完成拆下跳线 J8, 复位功能与 ST-LINK 断开连接 8/10 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1]
版本历史 5 版本历史 表 5. 文档版本历史 日期版本变更 2016 年 12 月 12 日 1 初始版本 表 6. 中文文档版本历史 日期版本变更 2017 年 10 月 16 日 1 中文初始版本 DocID030119 Rev 1 [English Rev 1] 9/10 10
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