ST com SL-PTOOL1V1 Kompaktní referenční design pro nízké objtage Bezuhlíkové elektrické nářadí
Zavedení
Tato kompaktní referenční designová deska STEVAL-PTOOL1V1 o rozměrech 70 mm x 30 mm je přizpůsobena pro nízké obj.tagpoháněné elektrickým nářadím
3-fázovými bezkomutátorovými motory, napájenými 2S až 6S bateriemi. Konstrukce je založena na řadiči STSPIN32F0B a výkonovém MOSFETu STL180N6F7 (nebo STL220N6F7).
Deska je připravena pro bezsenzorové a senzorové FOC a lze ji nakonfigurovat pro šestistupňové bezsenzorové řízení prostřednictvím dostupných obvodů snímání BEMF. Firmware exampSoubor obsažený v sadě STM32 Motor Control SDK (X-CUBE-MCSDK-Y) využívá zpětnou vazbu polohy ze snímačů Hallova efektu s možností ladění a programování dostupnou prostřednictvím rozhraní SWD a funkce přímé aktualizace firmwaru.
Deska může dodávat až 15 A trvalý proud, a to i díky optimálnímu odvodu tepla, který zajišťuje vestavěný chladič. Obsahuje obvod rychlého zapnutí, který připojuje a odpojuje baterii, což umožňuje spotřebu v pohotovostním režimu pod 1 μA pro delší výdrž baterie. Je zahrnuto několik ochranných funkcí, jako je tepelné vypnutí, podpětítage lockout, nadproudová ochrana s programovatelným prahem a zpětným předpětím výkonu stage výstupy.
Tento referenční design je převážně určen pro elektrické nářadí, ale je velmi vhodný pro jakékoli bateriově napájené aplikace s podobnou architekturou, hodnocením a výkonem. K dispozici je vstup potenciometru pro změnu rychlosti.
Začínáme
Bezpečnostní opatření
Nebezpečí: Některé součásti namontované na desce mohou během provozu dosáhnout nebezpečné teploty.
Pozor: Při používání desky:
- Nedotýkejte se součástí ani chladiče
- Desku nezakrývejte
- Nedávejte desku do kontaktu s hořlavými materiály nebo s materiály, které při zahřívání uvolňují kouř
- Po operaci nechte desku vychladnout, než se jí dotknete
- Důrazně se doporučuje přidat velkokapacitní kondenzátor, aby se zabránilo nestabilizovanému napájení nebo objtage při zapnutí překmitává, což by mohlo poškodit zařízení
Nadview
STEVAL-PTOOL1V1 implementuje topologii single-shuntu a funkce:
- 7 – 45 V motor objtage hodnocení podporováno
- Doporučeno pro elektrické nářadí napájené z 2S až 6S baterií
- Výstupní proud až 15 Arms
- STSPIN32F0B pokročilý 3fázový ovladač motoru přizpůsobený pro aplikace s jedním bočníkem
- STL180N6F7 60 V, 1.9 mΩ N-kanálový výkon MOSFET
- Ultranízký pohotovostní proud pod 1µA díky externímu zapínání/vypínání
- Chladič pro lepší odvod energie
- Extrémně kompaktní půdorys (70 mm x 30 mm)
- Vstupní konektor pro snímače Hallova jevu a enkodér
- Možnost plug-and-play prostřednictvím šestikrokového firmwaru se zpětnou vazbou snímače Hallova efektu
- Šestistupňové bezsenzorové řízení dostupné prostřednictvím vyhrazených snímacích obvodů BEMF a bezsenzorového/senzorového řízení orientovaného na pole
- Regulace rychlosti pomocí externího trimru
- Ochrany: tepelné vypnutí, UVLO, nadproud a zpětné předpětí výkonu stage výstupy
- Rozhraní ladění SWD a přímá aktualizace firmwaru (DFU) přes UART
Hardwarové a softwarové požadavky
K použití desky STEVAL-PTOOL1V1 potřebujete:
- počítač se systémem Windows (7, 8 nebo 10).
- Debugger/programátor ST-LINK pro STM32
- SDK STM32 Motor Control (X-CUBE-MCSDK-Y)
- jedno z následujících IDE:
- IAR Embedded Workbench pro ARM
- Vývojová sada mikrokontroléru Keil (MDK-ARM-STR)
- STM32CubeIDE
- napájecí zdroj s výstupním objtage mezi 7 a 45 V (70 mA, max. DC proudová absorpce PCB pouze v provozním režimu)
- třífázový bezkomutátorový motor v proudu a objtage rozsahy napájecího zdroje a STSPIN32F0B
Popis a konfigurace hardwaru
Obrázek 2. Přes STEVAL-PTOOL1V1view
- Trimr regulace rychlosti
- Zapínací spoušť
- Pozitivní napájení baterií
- Otvory pro montáž chladiče
- Konektor fáze motoru
- Konektor fáze motoru
- Konektor fáze motoru
- Záporné napájení baterie
- Konektory Hallova čidla
- Obvody snímání BEMF
- SWD rozhraní
- GPIO
MCU GPIO mapované na konektorech J3
Konektor | Pin č. | Signál | Poznámky |
J3 |
1 | NRST | signál SWD-RESET |
2 | Země | ||
3 | PA13 | signál SWD-CLK | |
4 | PB1 | ||
5 | Země | signál SWD-GND | |
6 | PA7 | Aktivátor děliče BEMF | |
7 | PA14 | signál SWD-DIO | |
8 | PA6 | ||
9 | VDD | ||
10 | PA5 | ||
11 | LOĎ0 | ||
12 | PA4 | Aktuální zpětná vazba |
Konektor | Pin č. | Signál | Poznámky |
J3 |
13 | PA15 | |
14 | PA3 | Vstup trimru regulace rychlosti | |
15 | PB6 | ||
16 | PC14 | ||
17 | PB7 | ||
18 | PC15 | ||
19 | PB8 | ||
20 | PB9 |
Volba provozního režimu a topologie snímání
STEVAL-PTOOL1V1 podporuje 6-krokové bezsenzorové a senzorové algoritmy.
Podle použitého algoritmu můžete změnit konfiguraci desky připájením chybějících součástek podle tabulky níže.
Tabulka 2. Konfigurace hardwaru
Technika řízení | Změny hardwaru |
Bezsenzorové
svtagrežim e (viz Obrázek 3) |
• Obvody snímání BEMF musí být obsazeny • R10, R11 a R12 musí být odpájeny |
Režim bezsenzorového proudu | • Obvody snímání BEMF musí být obsazeny
• R10, R11 a R12 musí být odpájeny • C20 a C21 lze osadit pro zlepšení výkonu filtrování proudové zpětné vazby • R28 a R38 mohou být obsazeny pro kompenzaci nebo rozdělení proudu zpětné vazby |
Hallovy senzory
svtagrežim e |
Výchozí – není nutná žádná změna |
Hallovy senzory Aktuální režim
(vidět Obrázek 4) |
• C20 a C21 lze osadit pro zlepšení výkonu filtrování aktuální zpětné vazby a/nebo pro posun/rozdělení
• R28 a R38 mohou být obsazeny pro kompenzaci nebo rozdělení proudu zpětné vazby |
Aktuální snímání
Na desce STEVAL-PTOOL1V1 je namontován bočník pro snímání proudu tekoucího do fází motoru. Rezistor je připojen k an amplifier integrovaný v STSPIN32F0B pro úpravu signálu před předáním snímané hodnoty do integrovaného komparátoru. Parametry filtrování a faktor zesílení lze měnit pomocí R26 a C20. Filtrovaný signál (proudová zpětná vazba) je směrován na J3-12.
STSPIN32F0B integruje komparátor pro detekci OC. Když je spuštěna událost OC, výstup komparátoru OC signalizuje událost OC na vstupy MCU PB12 a PA12 (BKIN a ETR). Interní práh OC komparátoru lze nastavit pomocí MCU (porty PF6 a PF7 podle tabulky níže). Nastavení odpovídající proudové meze závisí na bočníku a hodnotách úpravy signálu.
Tabulka 3. Prahové hodnoty OC
PF6 | PF7 | Prahová hodnota OC [mV] | Výchozí proudový limit [A] |
0 | 0 | NA | |
0 | 1 | 100 | 20 |
1 | 0 | 250 | 50 |
1 | 1 | 500 | 100 |
Hallovy senzory a konektor kodéru
Deska STEVAL-PTOOL1V1 propojuje digitální snímače Hallova efektu nebo enkodér namontované na motoru s vývojovou deskou STM32 Nucleo prostřednictvím konektoru J7.
Konektor poskytuje:
- pull-up rezistory (R6, R8, R9) pro rozhraní open-drain a open-collector
V případě push-pull výstupů odstraňte pull-up rezistory (viz obrázek 5) - napájení kodéru/snímače je normálně připojeno k baterii objtage, ale výchozí nastavení lze změnit odstraněním R3 a zkratováním R4 umožňujícím napájení VDD (viz obrázek 5)
Tabulka 4. Pinout J7
Kolík | Kodér | Snímač Hall Effect |
1 | A+ | hala 1 |
2 | B+ | hala 2 |
3 | Z | hala 3 |
Kolík | Kodér | Snímač Hall Effect |
4 | Napájení kodéru | Napájení senzoru |
5 | Země | Země |
Zastřihovač rychlosti
Ke konektoru J9 můžete připojit externí trimr, který poskytne MCU analogový signál používaný firmwarem jako bod nastavení regulační smyčky rychlosti.
Voltage se pohybuje od 0 do 3.3 V (VDD) a zvyšuje se otáčením trimru ve směru hodinových ručiček.
Zapnout/vypnout obvody
Externí spínač umožňuje správné připojení nebo odpojení MCU a baterie, čímž se sníží klidová spotřeba na nejnižší úroveň. Jakmile je spínač sepnut, může být motor poháněn podle požadavků řídicího algoritmu.
Níže uvedená schematická část ukazuje spouštěcí obvody zapnutí/vypnutí. Sepnutím spouštěcího spínače je hradlo Q1 PMOS nuceně na nízké úrovni, čímž se připojí baterie k řídicímu obvodu.
Udržovací obvod
Jakmile Q1 PMOS připojí baterii k STSPIN32F0B a VM stoupne nad prahovou hodnotu zapnutí, spustí se sekvence zapínání a integrovaný regulátor dobíjení provede měkký start ramp zásobování MCU.
Když je MCU v provozu, můžete nechat PMOS zavřený pomocí Q2 NMOS, který funguje jako spínač řízený MCU paralelně s externím spouštěcím spínačem. Firmware tak převezme kontrolu nad spojením mezi baterií a STSPIN32F0B a umožní kódu provést bezpečné vypnutí (např.ample, brzděním motoru).
Nastavte výstup GPIO (PF0) při inicializaci MCU.
Externí detekce stavu spouštění
Zatímco STSPIN32F0B je napájen udržovacím obvodem, aktuální stav externího spouštěcího spínače musí být neustále monitorován, aby se po jeho uvolnění provedla vypínací sekvence.
Monitorovací GPIO (PF1) je připojen k přepínači přes diodu D2. Dokud je spínač sepnutý, je GPIO nuceně na nízké úrovni přes D2. Uvolněním spínače se D2 vypne a GPIO je vytaženo odporem.
Přerušení pro spuštění brzdění a zastavení motoru by mělo být nastaveno na náběžnou hranu PF1.
Ochrana proti zpětnému vychýlení od napájení stage výstupy
Baterie je vždy připojena k napájení stage když je řídicí strana odpojena přes spínač Q1 PMOS. Tedy zvtage mocniny stagVýstup (VOUT) může být vyšší než napájení řídicí logiky (VM), což porušuje limit AMR řídicího obvodu hradla (VOUT max. = VM + 2 V).
Zařízení je proti tomuto zpětnému předpětí chráněno diodami mezi každým výstupem a napájením VM (D3, D4, D5 a D7).
Jak používat desku
Krok 1. Zkontrolujte možnosti montáže podle požadovaného provozního režimu (viz část 2.1 Provozní režim a výběr topologie snímání).
Krok 2. Připojte externí spouštěcí spínač k J8.
Volitelně můžete k J9 připojit externí trimr pro změnu rychlosti motoru.
Krok 3. Napájejte desku přes J1 (kladný) a J2 (zem).
Krok 4. Stáhněte si předkompilovaný kód přes rozhraní SWD.
Krok 5. Připojte fáze bezkomutátorového motoru k J4, J5 a J6.
Krok 6. Vyvíjejte svou aplikaci pomocí firmwaru exampJako výchozí bod je součástí STM32 Motor Control SDK (X-CUBEMCSDK-Y).
Schématická schémata
Obrázek 7. Schematický diagram STEVAL-PTOOL1V1
Kusovník
Tabulka 5. Kusovník STEVAL-PTOOL1V1
Položka | Q.ty | Ref. | Část/hodnota | Popis | Výrobce | Objednací kód |
1 | 2 | C1, C2 | 4.7µF Velikost 1206 50 V | SMT keramický kondenzátor | Kemet | C1206C475K5PACTU |
2 | 1 | C3 | Velikost 47 µF
0805 V |
SMT keramický kondenzátor | Kemet | C0805C476M9PACTU |
3 | 2 | C4, C19 | Velikost 1 nF
0402 V |
SMT keramický kondenzátor | Murata | GRM155R61H102KA01D |
4 | 2 | C5, C18 | Velikost 100 nF
0402 V |
SMT keramický kondenzátor | Murata | GCM155R71C104KA55D |
5 | 1 | C6 | 4.7 µF Velikost 1206 50 V | SMT keramický kondenzátor | Kemet | C1206C475K5PACTU |
6 | 1 | C7 | Velikost 220 nF
0402 V |
SMT keramický kondenzátor | Taiyo Yuden | UMK105BJ224KV-F |
7 | 3 | C10, C11, C17 | Velikost 1000 n
0603 V |
SMT keramický kondenzátor | TDK | C1608X7R1C105K080AC |
8 | 1 | C12 | Velikost 100 n
0402 V |
SMT keramický kondenzátor | Murata | GCM155R71C104KA55D |
9 | 1 | C13 | 1 n Velikost 0402
3.6 V |
SMT keramický kondenzátor | Murata | GRM155R61H102KA01D |
10 | 4 | C14, C15, C16, C22 | Velikost 100 p
0402 V |
SMT keramický kondenzátor | MULTICOMP | MC0402B101K250CT |
11 |
2 |
C20, C21 |
Velikost 0402 6.3 V | SMT keramický kondenzátor (není namontován) |
Žádný |
|
12 | 1 | C23 | Velikost 10 µ
0805 V |
SMT keramický kondenzátor | Murata | GRM21BR61C106KE15L |
13 | 1 | C24 | Velikost 10 n
0402 V |
SMT keramický kondenzátor | Wurth Elektronik | 885012205012 |
14 | 1 | D1 | STPS0560Z SOD-123 | Schottkyho usměrňovač | ST | STPS0560Z |
15 | 1 | D2 | BZT585B12T SOD523 | Přesná Zenerova dioda SMD | Diody Incorporated | BZT585B12T-7 |
16 | 5 | D3, D4, D5, D6, D7 | 1N4148WS SOD-323F | Rychle spínaná dioda s malým signálem | Vishay | 1N4148WS-E3-08 |
17 |
3 |
D8, D9, D10 |
BZX585-C3V3 SOD-523 3.3V | 3.3 V Zenerova dioda 300 mW (není namontována) |
Nexperia |
BZX585-C3V3 nebo
ekvivalent (NP) |
18 |
3 |
D11, D12, D13 |
BAT30KFILM SOD-523 30 V | Malá signální Schottkyho dioda (není namontována) |
ST |
|
19 |
6 |
D14, D15, D16, D17, D18, D19 | BAT30KFILM SOD-523 30 V | Malá signální Schottkyho dioda |
ST |
|
1 | D20 | IN4148WS SOD-323 75V | Univerzální dioda | Vishay | 1N4148WS-E3-08 | |
20 | 1 | JP1 | SMT propojka | Žádný | ||
21 | 5 | J1, J2, J4, J5, J6 | Pokovený otvor 3 mm | Propojky | Žádný |
Položka | Q.ty | Ref. | Část/hodnota | Popis | Výrobce | Objednací kód |
22 |
1 |
J3 |
PRUH 2×10 2×10 pinů |
Páskový konektor 10×2 póly, 2.54 mm (nenamontovaný) |
Žádný |
|
23 |
1 |
J7 |
PRUH 1×5
1×5 pinů |
Odizolovací konektor 5
tyče, 2.54 mm (nenamontované) |
Žádný |
|
24 |
1 |
J8 |
PRUH 1×2
1×2 pinů |
Odizolovací konektor 2
tyče, 2.54 mm (nenamontované) |
Žádný |
|
25 |
1 |
J9 |
PRUH 1×3
1×3 pinů |
Odizolovací konektor 3
tyče, 2.54 mm (nenamontované) |
Žádný |
|
26 |
1 |
L1 |
22 µF, 580 mA, SMD 3 x
1.5 mm |
Induktor |
Bourns |
SRN3015-220M |
27 |
1 |
Q1 |
STN3P6F6 SOT-223 |
P-kanál -60 V,
0.13 Ohm, -3 A STripFET F6 Power MOSFET |
ST |
|
28 |
1 |
Q2 |
2N7002 SOT-23 | N-kanál 60 V,
MOSFET 7.5 Ohm |
ST |
2N7002 |
29 |
6 |
O3, O4, O5, O6, O7, O8 |
STL180N6F7 |
N-kanál 60 V,
1.9 mOhm, 120 A STripFET F7 Power MOSFET |
ST |
|
STL180N6F7 |
N-kanál 60 V,
Typ 0.0012 Ohm, 260 A STripFET Výkonový MOSFET F7 |
|
||||
30 |
2 |
R1, R2 |
Velikost 100 k
0402 1/16W 5 % |
SMT rezistor |
Panasonic |
ERJ2RKF1003X |
31 | 1 | R3 | 0 R Velikost 0805
0.1 W 5 % |
SMT rezistor | Yageo | RC0805JR-070RL |
32 | 1 | R4 | Velikost 0805 0.1
W 5 % |
SMT rezistor (není namontován) | Žádný | |
33 |
2 |
R5, R41 |
Velikost 100 k
0402 1/16 W 5 % |
SMT rezistor |
Panasonic |
ERJ2RKF1003X |
34 | 3 | R6, R8, R9 | 10 k Velikost 0402 1/16 W 5 % | SMT rezistor | Panasonic | ERJ2RKF1002X |
35 | 1 | R7 | 15 k Velikost 0402 1/16 W 5 % | SMT rezistor | Vishay | CRCW040215K0FKED |
36 | 3 | R10, R11, R12 | 1 k Velikost 0402 1/16 W 5 % | SMT rezistor | Panasonic | ERJ2GEJ102X |
37 |
1 |
R13 |
Velikost 100 k
0603 1/16W 5 % |
SMT rezistor |
Konektivita TE |
CRG0603F100K |
38 | 1 | R14 | Velikost 39k 0402
1/16 W 5 % |
SMT rezistor | Vishay | CRCW040239K0FKED |
39 | 3 | R15, R16, R17 | 10 k Velikost 0402
0.1 W 5 % |
SMT rezistor (není namontován) | Žádný |
Položka | Q.ty | Ref. | Část/hodnota | Popis | Výrobce | Objednací kód |
40 | 1 | R18 | 1 k Velikost 0402
1/16 W 5 % |
SMT rezistor | Panasonic | ERJ2GEJ102X |
41 | 1 | R19 | 0 R Velikost 0603
1/16 W 5 % |
SMT rezistor | Panasonic | ERJ3GEY0R00V |
42 |
3 |
R20, R21, R22 |
2.2 k Velikost 0402 0.1 W 5
% |
SMT rezistor (není namontován) |
Žádný |
|
43 |
6 |
R23, R24, R25, R35, R36, R37 | Velikost 56 R
0603 0.1 W 5 % |
SMT rezistor |
Vishay |
CRCW060356R0FKEA |
44 | 2 | R26, R39 | 10 k Velikost 0402 1/16 W 1 % | SMT rezistor | Panasonic | ERJ2RKF1002X |
45 | 1 | R27 | 0 R Velikost 0603
0.1 W 5 % |
SMT rezistor | Panasonic | ERJ3GEY0R00V |
46 | 2 | R28, R38 | Velikost 0402 1/16 W 1 % | SMT rezistor (není namontován) | Žádný | |
47 | 2 | R29, R34 | 2 k Velikost 0402 1/16 W 1 % | SMT rezistor | Panasonic | ERJ2RKF2001X |
48 |
3 |
R30, R31, R32 |
Velikost 10 R
0603 0.1 W 5 % |
SMT rezistor |
Vishay |
CRCW060310R0FKEA |
49 |
1 |
R33 |
4.7 k Velikost 0402 1/16 W 1
% |
SMT rezistor |
Panasonic |
ERJ2GEJ472X |
50 | 1 | R40 | 0.001R Velikost 2512 3 W 1 % | SMT rezistor | Bourns | CRE2512-FZ-R001E-3 nebo
ekvivalent |
51 |
7 |
TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7 | TP-SMD-
měděná podložka průměr 1_27 mm |
SMD podložka |
Žádný |
|
52 |
1 |
U1 |
STSPIN32F0B VFQFPN48 7 x 7 x 1 mm |
Pokročilý řadič BLDC s jedním bočníkem s vestavěným MCU STM32 |
ST |
|
53 |
1 |
3386W-1-503L F |
Potenciometr, 50Kohm, průchozí otvor, řada trimpotů 3386 |
Bourns |
3386W-1-503LF |
|
54 | 1 | Chladič-29×2 9×8 mm | Chladič-29x29x 8 mm | Fischer Elektronik | ICK SMD E 29 SA | |
55 |
1 |
PCB |
30x70x1.55m
m 30x70x1.55m m |
4vrstvá FR4-PCB o tloušťce 70 mikronů, vnitřní 35 mikronů |
Žádný |
|
56 |
4 |
3x8mm 3x8mm |
Vite metrica cilindrica M3 RS PRO, v Acciaio, 8mm |
Wurt |
00463 |
|
57 | 4 | 7 x 3.2 x 0.5 mm
7 x 3.2 x 0.5 mm |
Nylon 6/6 UL94- V2 | STEAB | 5021/1 | |
58 |
1 |
3.2 W/m*K 150x150x0.5 mm samolepicí |
List tepelného rozhraní |
RS Pro |
707-4645 |
Historie revizí
Tabulka 6. Historie revizí dokumentu
Datum | Verze | Změny |
02. října 2020 | 1 | Počáteční vydání. |
14. ledna 2021 | 2 | Aktualizována část 1.1 Bezpečnostní opatření, část 3 Jak používat desku a část 4 Schématická schémata. |
03-2021-XNUMX | 3 | Aktualizovaný úvod, požadavky na hardware a software a jak používat desku. |
11-listopad-2021 | 4 | Aktualizováno Část 4 Schématická schémata. |
DŮLEŽITÉ UPOZORNĚNÍ - PŘEČTĚTE SI POZORNĚ
STMicroelectronics NV a její dceřiné společnosti (“ST”) si vyhrazují právo provádět změny, opravy, vylepšení, úpravy a vylepšení produktů ST a/nebo tohoto dokumentu kdykoli bez upozornění. Kupující by měli před zadáním objednávky získat nejnovější relevantní informace o produktech ST. Produkty ST jsou prodávány v souladu s prodejními podmínkami ST platnými v době potvrzení objednávky.
Za výběr, výběr a používání produktů ST nese výhradní odpovědnost kupující a společnost ST nepřebírá žádnou odpovědnost za pomoc s aplikací ani za design produktů kupujících.
Společnost ST zde neuděluje žádnou výslovnou ani předpokládanou licenci k právu duševního vlastnictví.
Další prodej produktů ST s ustanoveními odlišnými od informací uvedených v tomto dokumentu ruší jakoukoli záruku poskytnutou společností ST na takový produkt.
ST a logo ST jsou ochranné známky společnosti ST. Další informace o ochranných známkách ST naleznete na www.st.com/trademarks. Všechny ostatní názvy produktů nebo služeb jsou majetkem jejich příslušných vlastníků.
Informace v tomto dokumentu nahrazují a nahrazují informace dříve uvedené v předchozích verzích tohoto dokumentu.
© 2021 STMicroelectronics - Všechna práva vyhrazena
Dokumenty / zdroje
![]() |
ST com SL-PTOOL1V1 Kompaktní referenční design pro nízké objtage Bezuhlíkové elektrické nářadí [pdfUživatelská příručka SL-PTOOL1V1, kompaktní referenční design pro nízké objtage Bezuhlíkové elektrické nářadí, kompaktní referenční design, SL-PTOOL1V1, referenční design |