Scheda di valutazione del controllo BLDC STEVAL-PTOOL4A

I sistemi compatti STEVAL-PTOOL4A di STMicroelectronics sono progettati per il controllo di un motore brushless c.c. (BLDC) o di un motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) in applicazioni quali gli utensili palmari alimentati a batteria. Funziona su ingressi standard come l'acceleratore per controllare la coppia/velocità del motore e per erogare una potenza fino a 250 W. La scheda può essere collegata a un motore per utensili elettrici da 21 V e 250 W. Una maggiore potenza di picco può essere fornita con un dissipatore di calore o con un sistema per la circolazione dell'aria per ottenere una migliore dissipazione di potenza.

Questo progetto di riferimento è ideale per il controllo di motori ad alte prestazioni per la realizzazione di utensili elettrici come trapani, molatrici, frese a disco, seghe circolari, soffiatori per foglie, falciatrici compatte e altro ancora. Il fattore di forma compatto e l'ampia potenza di calcolo lo rendono adatto anche ad applicazioni quali droni, sedie a rotelle, elettrodomestici, bici elettriche e piattaforme robotiche. STEVAL-PTOOL4A comprende un MCU STM32G473CE ad alte prestazioni con periferiche integrate ottimizzate per le applicazioni di controllo motore, per il controllo di un convertitore a ponte intero trifase composto da sei MOSFET ad alta corrente attraverso un gate driver a semiponte triplo STDRIVE101.

L'MCU dispone di più periferiche ADC, che consentono il campionamento simultaneo delle correnti di fase del motore e delle tensioni di ritorno f.e.m.. La scheda può sfruttare la libreria MCSDK di ST per fornire opzioni di algoritmi FOC ad alte prestazioni o a sei passi con possibilità di configurazione.

Caratteristiche

• Tensione di ingresso da 12 V_c.c. a 28 V_c.c. (21 V tip.)
• Corrente RMS di uscita fino a 20 A
• La scheda comprende i seguenti dispositivi chiave:
  • STM32G473CET6: MCU+FPU a 32 bit Arm® Cortex®-M4 ad alte prestazioni in un contenitore LQFP48 (7 x 7 mm). L'MCU incorpora acceleratori matematici trigonometrici e aritmetici (CORDIC+FMAC), timer per il controllo motore PWM e generazione di tempo morto.
  • STDRIVE101: gate driver a semiponte triplo in un contenitore VFQFPN (4x4 mm) con regolatore incorporato
  • STL220N6F7: sei MOSFET di potenza STripFET™ F7 a canale N da 60 V, 0,0012 Ω tip., 120 A, in un contenitore PowerFLAT™ 5x6
  • L6981NDR: convertitore step-down sincrono da 38 V, 1,5 A in un contenitore PowerSO-8
  • LDL112: LDO a bassa corrente di quiescenza da 1,2 A con protezione dalla corrente inversa in un contenitore SO8 ad ala di pipistrello
  • TSV912IQ2T: doppio amplificatore operazionale da 8 MHz con ingresso/uscita rail-to-rail
  • BAT54KFILM: diodi Schottky a piccolo segnale da 40 V, 300 mA (singolo)
  • BAT54SWFILM: diodi Schottky a piccolo segnale da 40 V, 300 mA (serie)
  • 2STR2160: transistor di potenza PNP a commutazione rapida a bassa tensione
  • 2STR1160: transistor di potenza NPN a commutazione rapida a bassa tensione
  • 2STR21STPS0560Z: raddrizzatore Schottky di potenza da 60 V, 0,25 A
  • ESDALC6V1-1U2: Transil™ a bassa capacità a linea singola per la protezione ESD è un regolatore di precisione da 500 mA
• Caratteristiche hardware che consentono efficienti opzioni di controllo del motore
  • ADC indipendenti per il rilevamento della corrente trifase attraverso shunt
  • 3 canali ADC per il rilevamento di f.e.m.
  • Rilevamento tensione del bus
  • Protezione hardware dalle sovracorrenti e sovratensioni tramite pilotaggio del gate
  • Opzione per rilevamento di temperatura
  • Opzione per ingressi encoder o sensori Hall digitali
  • Opzione per il montaggio del dissipatore di calore
• Potenziato con un ecosistema di controllo motori STM32 ricco di funzionalità per PMSM o BLDC
  • Ampia configurabilità tramite libreria di controllo motori (MCSDK), GUI associata e profiler
  • Algoritmo di controllo a orientamento di campo (FOC) vettoriale senza sensori a shunt triplo o singolo (standard)
  • Adatto all'algoritmo STM32 ZeST (velocità zero coppia massima) ad alte prestazioni, disponibile su richiesta
  • Opzione per algoritmo a sei passaggi con sensori oppure senza sensori
  • Messa a punto della dinamica di pilotaggio
  • Selezione dei parametri operativi, come la frequenza di commutazione
  • Altri valori dei parametri per condizioni nominali e di guasto, ad esempio, oltre la soglia di corrente
  • Funzionamento in modalità coppia o velocità
  • Protezione completa con protezione da sovracorrente, blocco di sottotensione e protezione termica
  • Esempi di configurazione con progettista di schede di ST; vengono forniti anche i file JSON
• Ampie opzioni per la connettività e il controllo dell'utente
  • Porta Serial Wire Debug (SWD) per debug/programmazione
  • Interfacce di comunicazione per pin SPI, UART e CAN/I²C
  • Connettore per pulsanti e trimmer, oltre a un interruttore a pulsante integrato
• LED di guasto, di stato e interfaccia per LED esterni per l'illuminazione
• Opzioni di potenziamento con schede figlie
  • Connettore per il montaggio di una scheda figlia, ad esempio una scheda sensori MEMS o una memoria
  • Connettore per l'aumento dell'intervallo della tensione di ingresso mediante la sostituzione del convertitore c.c./c.c.
• Aree di test sulla scheda per il monitoraggio di segnali importanti o uscite DAC per il debug