Referenční konstrukční deska STMicroelectronics EVLDRIVE101-HPD

Specifikace

• Vstupní objemtage: Jmenovité od 18 V do 52 V
• Výstupní proud: Špičkový 21.15 A, nepřetržitý 15 A rms
• Výstupní výkon: Trvalý 750W

Informace o produktu

Bezpečnostní opatření
Varování: Některé součásti na desce mohou během provozu dosáhnout nebezpečných teplot. Dodržujte tato opatření:

• Nedotýkejte se součástí ani chladiče.
• Desku nezakrývejte.
• Vyhněte se kontaktu s hořlavými materiály nebo materiály, které při zahřívání uvolňují kouř.
• Než se desky dotknete, nechte ji po práci vychladnout.

Hardwarové a softwarové požadavky
K použití desky budete potřebovat:

• Počítač se systémem Windows
• Debugger/programátor STLINK pro STM32 nebo ekvivalent
• Firmware exampsoubor vygenerovaný pomocí MCSDK 6.2 nebo vyšší
• Napájecí zdroj s výstupním objtage mezi 18 V a 52 V
• Třífázový bezkomutátorový motor kompatibilní s napájecím zdrojem a deskou objtage se pohybuje

Návod k použití produktu

Začínáme

1. Připojte fáze bezkomutátorového motoru k J1, J2 a J3.
2. Napájení přes J5 (kladný) a J6 (zem).
3. Stáhněte si zkompilovaný kód přes rozhraní SWD připojením programátoru STLINK k J7.
4. Chcete-li naprogramovat MCU, napájejte řídicí obvody zkratováním pinu 5 J8 k zemi.

Popis a konfigurace hardwaru
Specifikace desky jsou uvedeny níže:

Parametr	Hodnota
Vstupní objemtage	Jmenovité od 18 V do 52 V
Výstupní proud	Vrchol: 21.15 A, Průběžné: 15 A rms
Výstupní výkon	Průběžné: 750 W

FAQ

1. Otázka: Co mám dělat, když se deska během provozu příliš zahřívá?
   A: Pokud deska dosáhne nebezpečných teplot, okamžitě zastavte provoz a nechejte ji vychladnout, než se jí dotknete.
2. Q: Mohu použít napájecí zdroj s výstupním objtage nižší než 18 V?
   A: Doporučuje se použít napájecí zdroj v rámci stanoveného objtage rozsah (18 V až 52 V) pro optimální výkon a bezpečnost.

UM3257
Uživatelská příručka
Začínáme s kompaktním referenčním designem EVLDRIVE101-HPD založeným na STDRIVE101 pro vysokoproudé a bezkomutátorové nástroje poháněné motorem

Zavedení

EVLDRIVE101-HPD je třífázový extrémně kompaktní měnič pro bezkomutátorové motory na bázi zařízení STDRIVE101 ve spojení s mikrokontrolérem STM32G071KB. Deska je připravené k použití a flexibilní řešení ideální pro třífázové aplikace napájené baterií vyžadující vysoké výstupní proudy.
Implementuje jak tříspojkové, tak jednospojkové topologie a zahrnuje následující funkce:

• Operativní svtage od 18 V do 52 V
• Výstupní proud až 15 Arms
• Režim nízké spotřeby odpojí napájení řídicí jednotkytage
• Omezovač proudu s nastavitelnou referencí
• Monitoring VDS, podvoltage blokování, nadproud a ochrana proti zpětnému ovlivnění napájenímtage výstupy
• Snímací obvody Back-EMF (BEMF).
• Vstupní konektor pro kodér nebo senzory založené na Hallově jevu
• Bus voltage monitorování a monitorování teploty
• 5 náhradních GPIO
• Rozhraní ladění SWD a přímá aktualizace firmwaru přes UART (DFU)

Bezpečnostní opatření

Varování: Některé součásti namontované na desce mohou během provozu dosáhnout nebezpečných teplot.
Při používání desky dodržujte následující opatření:

• 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.

Hardwarové a softwarové požadavky

Pro použití desky je vyžadován následující software a hardware:

•  Počítač se systémem Windows
• Debugger/programátor STLINK pro STM32 nebo ekvivalent
• 6-krokový nebo FOC firmware exampsoubor vygenerovaný pomocí MCSDK 6.2 nebo vyšší. Chcete-li vygenerovat kód, popis desky (JSON file) je nutné importovat do grafického uživatelského rozhraní MSDK Workbench, pokud již není přítomno, prostřednictvím Správce desek, jak je uvedeno v uživatelské příručce MSDK Workbench. Popis desky lze stáhnout z web stránce EVLDRIVE101-HPD
• IDE vybrané mezi IAR Embedded Workbench for Arm (IAR-EWARM), vývojovou sadou mikrokontroléru Keil® (MDK-ARM-STM32) a STM32CubeIDE (STM32CubeIDE)
• Napájecí zdroj s výstupním objtage mezi 18 V a 52 V
• Třífázový bezkomutátorový motor vyhovující proudu a objtage rozsahy napájecího zdroje i desky

Začínáme

Chcete-li zahájit projekt s deskou:

1. Připojte fáze bezkomutátorového motoru k J1, J2 a J3
2. Napájejte desku přes J5 (kladný) a J6 (zem)
3. Stáhněte si zkompilovaný kód přes SWD rozhraní spojující programátor STLINK s J7 (konektor STDC14)

Poznámka:
Pro naprogramování MCU musí být řídicí obvody napájeny zkratováním kolíku 5 J8 k zemi (to znamená, že spouštěcí spínač je sepnutý). Další podrobnosti naleznete v části 4.6 Zapnutí/vypnutí obvodů.

Popis a konfigurace hardwaru

Hodnoty desky jsou uvedeny v tabulce 1 a na obrázku 2 je znázorněna poloha konektorů desky.
Tabulka 1. Specifikace EVLDRIVE101-HPD

Parametr		Hodnota
Vstupní objemtage	Nominální	Od 18V do 52V
Výstupní proud	Vrchol	21.15 A
	Kontinuální (1)	15 A rms
Výstupní výkon	Kontinuální (1)	750 W

Skutečný trvalý proud může být omezen okolní teplotou a tepelným rozptylem.

Tabulka 2 uvádí MCU GPIO mapované na konektorech J8.
Tabulka 2. Pinouty J8

Konektor	Kolík	Signál	Poznámky
J8	1	5 V	Napájení 5V
	2	3.3 V	Napájení 3.3V
	3	Země
	4	Země
	5	Vstupní spouštěcí spínač	Připojte k zemi pro napájení řídicích obvodů
	6	Nepřipojeno
	7	PA6	Volitelný vstup potenciometru 1 (kanál ADC 6)
	8	PA12	Výstup komparátoru omezovače proudu

Konektor	Kolík	Signál	Poznámky
J8	9	PB2	Volitelný vstup potenciometru 2 (kanál ADC 10)
	10	PB4	Reference omezovače proudu
	11	PB8	Vyhrazené GPIO pro udržovací obvod
	12	PB9
	13	PB7	USART_RX
	14	PB6	USART_TX

Provozní režimy

• EVLDRIVE101-HPD podporuje FOC a 6-krokové algoritmy, bezsenzorové i cenzurované.
• Podle algoritmu musí být hardwarová konfigurace desky upravena, jak je uvedeno v tabulce 3 a znázorněno na obrázku 3.

Tabulka 3. Konfigurace EVLDRIVE101-HPD

Provozní režim	Změny hardwaru
FOC Tři bočníky	Výchozí – nejsou nutné žádné změny
FOC Jednoduchý bočník	SB1 a SB2 zkratovány Doporučuje se odpájet R21 a R23, aby byla zachována správná korespondence mezi bočníkovým signálem a op amp získat
6-STEP Sensor-less Voltage-režimu	Odstraňte R60, R65 a R70 Krátké R26, R29 a R32
Hallovy snímače 6-STEP Voltage-režimu	Výchozí – nejsou nutné žádné změny
6-KROKOVÉ Hallovy snímače Proudový režim	Odstraňte R61 SB1 a SB2 zkratovány Doporučuje se odpájet R21 a R23, aby byla zachována správná korespondence mezi bočníkovým signálem a op amp získat

Aktuální snímání
Na desce jsou tři bočníkové odpory pro snímání proudu tekoucího do fází motoru. Každý rezistor je připojen k amplifier pro úpravu signálu před předáním snímané hodnoty do ADC. Parametry filtrování a faktor zesílení lze měnit pomocí R59, R64, R69 a C38, C39, C40.
STDRIVE101 integruje komparátor pro detekci nadproudu (OC).: jeho zásah je nastaven změnou hodnoty R4, R5, R6 a R7 (viz obrázek 4) podle rov. (1).

Rovnice 1

Kde
Rnet = RR54 = RR64 = RR74
VREF = 0.505V
Výchozí prahová hodnota je nastavena na 25.5 A.
Senzory s Hallovým jevem a konektor kodéru
Deska umožňuje připojení motorů s digitálními snímači nebo kodéry s Hallovým efektem k desce prostřednictvím konektoru J4.

Konektor poskytuje:

• Pull-up rezistory (R44, R45, R46) pro rozhraní open-drain a open-collector. V případě push-pull výstupů se vždy doporučuje odstranit pull-up rezistory (viz obrázek 5)
• 5 V napájení generované zvtage regulátor integrovaný na desce

Tabulka 4. Pinout J4

Kolík	Kodér	Senzor s Hallovým efektem
1	A+	hala 1
2	B+	hala 2
3	Z	hala 3
4	Napájení kodéru	Napájení senzoru
5	Země	Země

Síť snímání BEMF
Jak je znázorněno na obrázku 6, deska integruje síť snímání BEMF, která umožňuje režim řízení bez senzoru s 6-krokovým algoritmem. Fáze svtage VOUT se dělí podle rov. (2) před konverzí ADC.
Rovnice 2

Poznámka:

• Doporučuje se, aby VADC nepřekračovalo VDD, aby se zabránilo poškození GPIO.
• Na druhou stranu by si uživatel měl být vědom toho, že implementace poměru VADC/VOUT mnohem nižší, než je potřeba, signál BEMF může být příliš nízký a řízení není dostatečně robustní. Doporučená hodnota je:

 

Omezovač proudu

• Deska integruje omezovač proudu, který umožňuje aktuální režim řízení s 6-krokovým algoritmem a motory s Hallovými senzory. Konfigurace desky v single-shunt topologii, ampUpravený proudový signál je porovnán s referenčním (PB4) generovaným filtrovaným PWM signálem. Schéma je uvedeno v části 4.5.
• Funkce omezení proudu není k dispozici v 6krokovém režimu jízdy bez senzoru.
  

Zapnutí/vypnutí obvodů

• Externí spínač umístěný mezi pin 5 na J8 a kostru (pin 3 na J8) umožňuje připojit a odpojit řídicí obvody k baterii, čímž se sníží klidová spotřeba na nejnižší možnou úroveň.
• Schéma na obrázku 8 ukazuje spouštěcí obvody pro zapnutí. Při zapnutí je Q1 PMOS otevřený a baterie je odpojena od řídicích obvodů. Sepnutím spínače je brána Q1 PMOS nuceně vybitá a připojuje baterii k řídicímu obvodu.
  

Udržovací obvod

• Jakmile Q1 PMOS připojí baterii k STM32G071KB, MCU udržuje Q1 PMOS uzavřený pomocí Q2 NMOS. Ve skutečnosti funguje jako spínač řízený MCU paralelně k externímu spouštěcímu spínači.
• Tímto způsobem firmware převezme kontrolu nad spojením mezi baterií a řídicími obvody, což kódu umožní provést bezpečné vypnutí, např.ample, brzdění motoru.
• Na samém začátku inicializace MCU se doporučuje nastavit výstup GPIO ovládající bránu Q2 (PB8).
• Detekce stavu externí spouště
• Vyhrazený obvod umožňuje sledování aktuálního stavu externího spouštěcího spínače.
• Monitorovací GPIO (PB5) je připojen k přepínači přes diodu D13. Dokud je spínač zavřený, nutí GPIO nízko přes D13. Uvolněním spínače se D13 vypne a GPIO se vrátí vysoko díky pull-up rezistoru.
• Když MCU detekuje otevření spínače, spustí se proces brzdění a zastavení motoru.

Ochrana proti zpětnému vychýlení od napájení stage výstupy

• Jak je znázorněno na schematickém diagramu v Části 6, Obrázek 9, baterie je vždy připojena k napájení stage zatímco spínač Q1 PMOS připojuje a odpojuje řídicí obvody. Tímto způsobem se zvtage mocniny stagVýstupy (VOUT) mohou být vyšší než napájení řídicí logiky (VM) porušující limit AMR řídicího obvodu hradla: VOUT, max = VM + 2 V.
• Zařízení je proti tomuto stavu chráněno pomocí diod mezi každým výstupem a napájením VM (D1, D2, D3 a D4).

Kusovník

Tabulka 5. Kusovník EVLDRIVE101-HPD

Položka	množství	Ref.	Část/hodnota	Popis	Výroba.	Objednací kód
1	5	CI, C2, C38, C39, C40	NM	SMT keramický kondenzátor
2	7	C3,C19,C21,C 23,C28,C34,C4 1	100 nF	SMT keramický kondenzátor
3	5	C4,C26, C35,C36,C37	1n	SMT keramický kondenzátor
4	2	C5, C27	10 XNUMX n	SMT keramický kondenzátor
5	2	C6, C17	1uF	SMT keramický kondenzátor
6	1	C7	100 XNUMX n	SMT keramický kondenzátor
7	1	C8	220 nF	SMT keramický kondenzátor
8	1	C9	4.7uF	SMT keramický kondenzátor
9	5	C10,C11,C12,C 20,C22	1uF	SMT keramický kondenzátor
10	3	C13, C14, C15	NM	SMT keramický kondenzátor
11	1	C16	470 nF	SMT keramický kondenzátor
12	1	C18	2.2uF	SMT keramický kondenzátor
13	1	C24	4.7 u	SMT keramický kondenzátor
14	1	C25	220 XNUMX n	SMT keramický kondenzátor
15	3	C29, C30, C31	2.2 nF	SMT keramický kondenzátor
16	2	C32, C33	220 u	Průchozí otvor hliník el. kondenzátor	Panasonic	ECA2AM221
17	6	D1,D2,D3,D4,D 12,D13	1N4148WS	Malá signální rychle spínací dioda	Vishay	1N4148WS-E3-08 / -E3-18 nebo ekvivalentní
18	6	D5,D6,D7,D8,D 9,D10	BAT30	Malá signální Schottkyho dioda	STMicroelectronics	BAT30KFILM
19	1	D11	BZT585B12T	SMD přesná Zenerova dioda	Diody Incorporated	BZT585B12T nebo ekvivalentní
20	5	J1,J2,J3,J5,J6	podložka200díra118_11
21	1	J4	PRUH 1×5	Páskový konektor 5 pólů, 2.54 mm
22	1	J7	STDC14	Hlavička konektoru SMD 14POS 1.27 mm	Samtec	FTSH-107-01-L-DV-KA

Položka	množství	Ref.	Část/hodnota	Popis	Manufact.	Objednací kód
23	1	J8	PRUH 2×7	Páskový konektor 7×2 póly, 1.27 mm		NP
24	1	L1	47uH	Induktor, stíněný, 47 uH, 580 mA, SMD	Wurth Elektronik	744031470
25	2	NTC1, NTC2	10 tis	NTC termistor	Vishay	NTCS0603E3103FMT
26	1	Q1	STN3P6F6	P-kanál -60 V, 0.13 Ohm, -3 A STripFET F6 výkonový MOSFET	STMicroelectronics Diodes Incorporated	STNP6F6 DMP6023LE-13
27	1	Q2	2N7002	N-kanál 60 V, 7.5 Ohm MOSFET	Společnost Diodes Inc.	2N7002 nebo ekvivalentní
28	2	R1, R43	39 tis	SMT rezistor
29	4	R2,R36,R37,R38	100 tis	SMT rezistor
30	1	R3	22 tis	SMT rezistor
31	1	R4	7.32 tis	SMT rezistor
32	3	R5, R6, R7	3.3 tis	SMT rezistor
33	5	R8,R59,R64,R 69,R71	10 tis	SMT rezistor
34	6	R9,R11,R13,R1 5,R17,R19	100	SMT rezistor
35	6	R10,R12,R14, R16,R18,R20	39	SMT rezistor
36	3	R21, R22, R23	0.01	SMT rezistor	Bourns	CRA2512-FZ-R010ELF
37	3	R24, R27, R30	68 tis	SMT rezistor
38	3	R25, R28, R31	4.3 tis	SMT rezistor
39	3	R26, R29, R32	NM	SMT rezistor
4	3	R33, R34, R35	10 R	SMT rezistor
41	2	R39, R40	150 tis	SMT rezistor
42	1	R41	30 tis	SMT rezistor
43	1	R42	100 tis	SMT rezistor
44	6	R44,R45,R46, R47,R48,R49	1k	SMT rezistor
45	2	R51, R53	910	SMT rezistor
46	1	R54	91 tis	SMT rezistor
47	1	R55	5.6 tis	SMT rezistor
48	3	R56, R61, R66	20 tis	SMT rezistor
49	6	R57,R58,R62, R63,R67,R68	1.4 tis	SMT rezistor
50	3	R60, R65, R70	0R	SMT rezistor
51	2	SB1, SB2	SOLDER_JUMPER1x3	Skokan
52	6	TP1,TP2,TP3,T P4,TP5,TP6	TP-Pad průměr 1_5mm	Testovací bod – podložka o průměru 1.5 mm

Položka	množství	Ref.	Část/hodnota	Popis	Manufact.	Objednací kód
53	1	U1	STM32G071KBT3	Mikrokontrolér Arm Cortex-M0+ MCU, 128 KB flash, 36 KB RAM, 64 MHz CPU	STMicroelectronics	STM32G071KBT3
54	1	U2	STDRIVE101	Třífázový pohon brány	STMicroelectronics	STDRIVE101
55	6	U3,U4,U5,U6,U 7,U8	STL220N6F7	N-kanál 60 V, 1.2 mO typ., 120 A STripFET F7 výkon MOSFET	STMicroelectronics	STL220N6F7
56	1	U9	L7983PU50R	60 V 300 mA synchronní regulátor sestupného spínání	STMicroelectronics	L7983PU50R
57	1	U10	LDL112PU33R	1.2 A nízký klidový proud LDO	STMicroelectronics	LDL112PU33R
58	4	U11,U12,U13,U14	TSV991ILT	Širokopásmový (20 MHz) vstup/výstup 5 V CMOS od kolejnice k kolejnici op amp	STMicroelectronics	TSV991ILT
59	1	Y1	NM	Krystal 32.768 kHz 12.5 PF SMD	NDK	NX3215SA-32.768K- STD-MUA-8
60	1			Propojka 2 tyče 1.27 mm	Wurth Elektromik	622002115121

Schématický diagram

Obrázek 11. Schéma EVLDRIVE101-HPD: konverze napájecího zdroje

Obrázek 12. Schéma EVLDRIVE101-HPD: vstupy a výstupy

Historie revizí

Tabulka 6. Historie revizí dokumentu

Datum	Verze	Změny
11. prosince - 2023	1	Počáteční vydání.

DŮLEŽITÉ UPOZORNĚNÍ – ČTĚTE 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.
• Kupující jsou výhradně odpovědní za výběr, výběr a použití produktů ST a ST nepřebírá žádnou odpovědnost za pomoc s aplikací nebo 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 viz 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.
• © 2023 STMicroelectronics – Všechna práva vyhrazena
  UM3257 – Rev 1

Dokumenty / zdroje

Referenční konstrukční deska STMicroelectronics EVLDRIVE101-HPD [pdfUživatelská příručka Referenční konstrukční deska EVLDRIVE101-HPD, EVLDRIVE101-HPD, Referenční konstrukční deska, konstrukční deska, deska

Reference

• Uživatelská příručka