STEVAL-PTOOL4A fejlesztőkártya BLDC-motor-vezérlőkhöz

Az STMicroelectronics STEVAL-PTOOL4A kis méretű rendszereket a szénkefe nélküli egyenáramú (BLDC, brushless direct current) motorok és az állandó mágneses szinkronmotorok (PMSM, permanent-magnet synchronous motor) vezérlésére tervezték olyan felhasználási területekre, mint például az akkumulátoros kéziszerszámok. A motor nyomatékát/fordulatszámát olyan szokványos kezelőszervekkel lehet szabályozni, mint a fordulatszám-szabályozó nyomógomb, és a kártya maximum 250 W teljesítményig használható. A kártya arra alkalmas 21 V-os, 250 W-os kéziszerszám motorjának vezérlésére használható. Hűtőborda használatával vagy a levegő keringetésére szolgáló elrendezést kialakítva nagyobb csúcsteljesítmény leadása is elérhető.

Ez a referenciaterv nagy teljesítményű motorok vezérlésre ideális olyan villamos kéziszerszámok létrehozásához, mint például a fúrógépek, csiszológépek, gyorsdarabolók, körfűrészek, levélfúvók, kézi fűnyírók és egyéb eszközök. A kis méret és a bőséges számítási teljesítmény alkalmassá teszi olyan felhasználási területekre is, mint a drónok, a kerekesszékek, a háztartási készülékek, a villanykerékpárok és robotplatformok. A STEVAL-PTOOL4A egy nagy teljesítményű STM32G473CE mikrovezérlőt tartalmaz, amely kifejezetten villanymotor-vezérlésre optimalizált beépített perifériákkal van kiegészítve, és egy hat nagyáramú MOSFET-ből álló 3 fázisú teljes hidas átalakítót vezérel a STDRIVE101 három félhidas kapuvezérlőn keresztül.

A mikrovezérlőhöz több analóg–digitális átalakító is tartozik perifériaként, így lehetővé téve a motor fázisáramainak és elektromotorosellenerő-feszültségeinek egyidejű mintavételezését. A kártya képes az ST MCSDK könyvtár használatára, hogy lehetővé tegye hatfokozatú vagy nagy teljesítményű térirányvezérlési (FOC, Field Oriented Control) beállítható algoritmusok használatát.

Jellemzői

• 12 V – 28 V közötti bemenő egyenfeszültség (V_DC) (névlegesen 21 V)
• Kimenő hatásos áramerősség: max. 20 A
• A kártya a következő fontosabb eszközöket tartalmazza:
  • STM32G473CET6: nagy teljesítményű, ARM®-alapú, 32 bites Cortex®-M4 mikrovezérlő + lebegőpontos egység (FPU, floating point unit) LQFP48 (7 mm × 7 mm méretű) tokozásban; a mikrovezérlőbe beágyazott trigonometrikus és aritmetikai matematikai gyorsítók (CORDIC + FMAC), időzítők a motorvezérlő PWM-modulátorhoz és a holtidő-előállításhoz
  • STDRIVE101: három félhidas kapuvezérlő beépített szabályozóval, VFQFPN (4 mm × 4 mm méretű) tokozásban
  • STL220N6F7: hat n csatornás 60 V-os, jellemzően 0,0012 Ω nyitóirányú ellenállású, 120 A-es STripFET™ F7 teljesítmény-MOSFET PowerFLAT™ 5 × 6-os tokozásban
  • L6981NDR: 38 V-os, 1,5 A-es szinkron feszültségcsökkentő áramátalakító PowerSO-8 tokozásban
  • LDL112: 1,2 A-es kis nyugalmi áramú kis feszültségesésű (LDO) feszültségszabályozó visszáramvédelemmel, denevérszárnyas SO8 tokozásban
  • TSV912IQ2T: két teljes tápfeszültség-tartományra kiterjedő be- és kimenőfeszültségű, 8 MHz-es műveleti erősítő
  • BAT54KFILM: 40 V, 300 mA-es kis jelű Schottky-diódák (önállóan)
  • BAT54SWFILM: 40 V, 300 mA-es kis jelű Schottky-diódák (sorba kötve)
  • 2STR2160: kisfeszültségű, gyorsan kapcsoló pnp teljesítménytranzisztor
  • 2STR1160: kisfeszültségű, gyorsan kapcsoló npn teljesítménytranzisztor
  • 2STR21STPS0560Z: 60 V, 0,25 A-es nagy teljesítményű Schottky-egyenirányító
  • ESDALC6V1-1U2: elektrosztatikus kisülés ellen védő egyvonalas, kis kapacitású Transil™ diódatömb, amely egyben egy nagy pontosságú 500 mA-es szabályozó is
• A jó hatásfokú motorvezérlést lehetővé tevő hardverfunkciók
  • Független analóg–digitális átalakítók a söntökön keresztül történő 3 fázisú áramérzékeléshez
  • 3 analóg–digitális átalakító csatorna az elektromotoros ellenerő (back electromotive force, back EMF) érzékeléséhez
  • A sínfeszültség érzékelése
  • Hardveres túláramvédelem a kapuvezérlőn keresztül
  • Lehetőség hőmérséklet-érzékelő használatára
  • Lehetőség digitális Hall-érzékelő- vagy kódolóbemenet használatára
  • Lehetőség hűtőborda felszerelésére
• PMSM és BLDC motorokhoz való funkciógazdag STM32 motorvezérlő ökorendszerrel megtámogatva
  • Sokféle beállítási lehetőség a motorvezérlő könyvtár (MCSDK), a kapcsolódó grafikus felhasználói felület és a profilkészítő segítségével
  • Érzékelő nélküli háromsöntös vagy egysöntös vektoros térirányvezérlési (FOC) algoritmus (alapértelmezett)
  • Alkalmas a külön rendelhető nagy teljesítményű STM32 ZeST (nulla fordulatszámon teljes nyomaték) algoritmus használatára
  • Lehetőség érzékelő nélküli vagy érzékelős hatfokozatú algoritmus választására
  • A vezérlési dinamika finomhangolása
  • A működési paraméterek, például a kapcsolási frekvencia kiválasztása
  • Egyéb paraméterértékek a névleges értékekhez és a hibaállapotokhoz, például az áramküszöbérték túllépéséhez
  • Nyomaték vagy fordulatszám üzemmódban történő működés
  • Teljesen védett, túláramvédelemmel, feszültségesés esetén történő reteszeléssel és túlmelegedés-védelemmel
  • Beállítási példák az ST kártyatervező programjához, a JSON fájlok mellékelve
• Széles körű csatlakoztatási és felhasználó általi vezérlési lehetőségek
  • Soros vezetékes hibakereső (SWD) port hibakereséshez/programozáshoz
  • Kommunikációs illesztőfelületek SPI-, UART- és CAN/I²C-lábakhoz
  • Csatlakozó gombokhoz és trimmer potenciométerhez, valamint a kártyán elhelyezett nyomógomb
• Hiba- és állapotjelző LED-ek, valamint csatlakozó külső LED-es megvilágításhoz
• Lehetőség kiegészítőkártyákkal történő bővítésre
  • Csatlakozó kiegészítőkártya, például MEMS érzékelőkártya vagy memória csatlakoztatásához
  • Csatlakozó a bemenőfeszültség-tartománynak az egyenáram-átalakító cseréjével történő növeléséhez
• Tesztterület a kártyán a fontos jeleknek vagy a digitális–analóg átalakító kimeneteinek hibakeresés céljából történő ellenőrzéséhez