Płytka ewaluacyjna sterowania silnikami bezszczotkowymi prądu stałego (BLDC) STEVAL-PTOOL4A

Systemy kompaktowe STEVAL-PTOOL4A firmy STMicroelectronics zaprojektowano do sterowania silnikami bezszczotkowymi prądu stałego (BLDC) lub silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi (PMSM) w takich zastosowaniach jak ręczne narzędzia z zasilaniem bateryjnym. Współpracują one ze standardowymi sygnałami wejściowymi, takimi jak przepustnica, w celu sterowania prędkością lub momentem obrotowym silnika i mogą dostarczać moce dochodzące do 250W. Płytkę można podłączyć do odpowiedniego silnika elektronarzędzia 21V 250W. Wyższe moce szczytowe można uzyskać stosując radiator lub wymuszony obieg powietrza, zapewniające lepsze rozpraszanie mocy.

Omawiany projekt referencyjny idealnie sprawdza się w wysokoparametrowym sterowaniu silnikami w takich elektronarzędziach jak wiertarki, szlifierki, przecinarki, piły tarczowe, dmuchawy do liści, kosiarki ręczne i nie tylko. Dzięki niewielkim rozmiarom i dużej mocy obliczeniowej, są one odpowiednie nawet do takich zastosowań jak drony, wózki inwalidzkie, urządzenie AGD, rowery elektryczne i platformy robotyczne. Urządzenie STEVAL-PTOOL4A zawiera wysokoparametrowy mikrokontroler MCU STM32G473CE ze zintegrowanymi urządzeniami peryferyjnymi zoptymalizowanymi specjalnie pod kątem sterowania silnikami. Sterowanie 3-fazową przetwornicą pełnomostkową zawierającą sześć wysokoprądowych tranzystorów MOSFET odbywa się za pośrednictwem potrójnego półmostkowego sterownika bramek STDRIVE101.

Mikrokontroler MCU zawiera różnorodne peryferia przetworników analogowo-cyfrowych, umożliwiające jednoczesne próbkowanie prądów fazowych silnika i napięć siły przeciwelektromotorycznej. Płytka może wykorzystywać bibliotekę MCSDK, która oferuje opcje algorytmów sterowania sześciokrokowego lub wysokoparametrowego sterowania polowo-zorientowanego (FOC) z możliwością konfigurowania.

Charakterystyka

• Napięcie wejściowe od 12V₌ do 28V₌ (nominalnie 21V)
• Wyjściowy prąd skuteczny do 20A
• Płytka zawiera następujące kluczowe urządzenia:
  • STM32G473CET6: wysokoparametrowy 32-bitowy mikrokontroler MCU z jednostką zmiennoprzecinkową (FPU), bazujący na rdzeniu Arm® Cortex®-M4 w obudowie LQFP48 (7mm x 7mm). Mikrokontroler MCU zawiera trygonometryczne i arytmetyczne akceleratory matematyczne (CORDIC+FMAC), układy czasowe do sterowanie silnikami metodą modulacji szerokości impulsów (PWM) oraz do generowania czasu martwego
  • STDRIVE101: potrójny półmostkowy sterownik bramek z wbudowanym regulatorem, zamknięty w obudowie VFQFPN (4mm x 4mm)
  • STL220N6F7: sześć tranzystorów mocy MOSFET z kanałem N 60V, 0,0012Ω typ., 120A typu STripFET™ F7 zamkniętych w obudowie 5x6 PowerFLAT™
  • L6981NDR: synchroniczna przetwornica obniżająca 38V, 1,5A w obudowie SO-8
  • LDL112: regulator napięcia o niskim spadku (LDO) 1,2A o niskim prądzie spoczynkowym z zabezpieczeniem przed prądem wstecznym, zamknięty w obudowie SO8
  • TSV912IQ2T: podwójny wzmacniacz operacyjny 8MHz z wejściami i wyjściami typu rail-to-rail
  • BAT54KFILM: małosygnałowe diody Schottky’ego 40V, 300mA (pojedyncze)
  • BAT54SWFILM: małosygnałowe diody Schottky’ego 40V, 300mA (szereg)
  • 2STR2160: niskonapięciowy szybkoprzełączający tranzystor mocy PNP
  • 2STR1160: niskonapięciowy szybkoprzełączający tranzystor mocy NPN
  • 2STR21STPS0560Z: prostownik mocy Schottky’ego 60V, 0,25A
  • ESDALC6V1-1U2: jednoliniowy niskopojemnościowy Transil™ zabezpieczający przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) jako precyzyjny regulator 500mA
• Opcjonalne funkcje sprzętowe umożliwiające sprawne sterowanie silnikami
  • Niezależne przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) do pomiaru prądów 3-fazowych z użyciem boczników
  • 3 kanały przetworników analogowo-cyfrowych (ADC) do pomiaru siły przeciwelektromotorycznej
  • Pomiar napięcia magistrali
  • Sprzętowe zabezpieczenie nadprądowe poprzez sterowanie bramką
  • Opcja pomiaru temperatury
  • Opcja cyfrowych czujników Halla lub wejść enkoderowych
  • Opcja montażu radiatora
• Możliwość wykorzystania bogatych funkcji ekosystemu STM32 sterowania silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi (PMSM) i bezszczotkowymi prądu stałego (BLDC)
  • Szerokie możliwości konfigurowania za pośrednictwem biblioteki sterowania silnikami (MCSDK), skojarzonego graficznego interfejsu użytkownika (GUI) oraz profilera
  • Algorytm bezczujnikowego trójbocznikowego lub jednobocznikowego wektorowego sterowania polowo-zorientowanego (FOC) (domyślnie)
  • Odpowiednie do wysokoparametrowego algorytmu STM32 ZeST (pełny moment obrotowy przy zerowej prędkości), dostępnego na zamówienie
  • Opcja czujnikowego lub bezczujnikowego algorytmu sześciokrokowego
  • Strojenie dynamiki sterowania
  • Wybór parametrów roboczych, takich jak częstotliwość przełączania
  • Inne wartości parametrów dla stanów nominalnych i usterek, na przykład powyżej aktualnej wartości progowej
  • Praca w trybie momentu obrotowego lub prędkości
  • Pełna ochrona dzięki zabezpieczeniu nadprądowemu, blokadzie pracy przy zbyt niskim napięciu oraz zabezpieczeniu termicznemu
  • Przykładowe konfiguracje z użyciem projektanta płytek ST, dostarczono również pliki JSON
• Szerokie opcje łączności i sterowania przez użytkownika
  • Port szeregowego debugowania przewodowego (SWD) do debugowania i programowania
  • Interfejsy komunikacyjne dla wtyków SPI, UART, CAN/I²C
  • Złącze dla przycisków i trymera oraz jeden przełącznik przyciskowy na płytce
• Diody LED statusu i usterek oraz interfejs dla zewnętrznego oświetlenia LED
• Opcje rozbudowy z użyciem płytek podrzędnych
  • Złącze do montażu płytek podrzędnych, na przykład płytki czujnika mikroelektromechanicznego (MEMS) lub pamięci
  • Złącze do zwiększenia zakresu napięć wejściowych poprzez zastąpienie przetwornicy prądu stałego
• Pola probiercze na płytce do monitorowania ważnych sygnałów lub wyjść przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC) w celu debugowania