Evaluatiebord STEVAL-PTOOL4A BLDC-besturing

STMicroelectronics STEVAL-PTOOL4A compacte systemen zijn ontworpen om een borstelloze gelijkstroommotor (BLDC) of een synchrone permanentmagneetmotor (PMSM) aan te sturen in toepassingen zoals handgereedschap op batterijen. Het werkt op standaardingangen zoals gas om het motorkoppel/snelheid te regelen en om vermogen tot 250 W te leveren. Het bord kan worden aangesloten op een geschikte 21 V, 250 W motor voor elektrisch gereedschap. Er kan meer piekvermogen worden geleverd met een koellichaam of met een opstelling voor het circuleren van lucht om een betere vermogensdissipatie te bereiken.

Dit referentieontwerp is ideaal voor krachtige motorbesturing om elektrische gereedschappen zoals boormachines, slijpmachines, schijfsnijders, cirkelzagen, bladblazers, handmaaiers en nog veel meer te realiseren. De kleine vormfactor en ruime rekenkracht maken hem zelfs geschikt voor toepassingen als drones, rolstoelen, huishoudelijke apparaten, e-fietsen en robotplatforms. De STEVAL-PTOOL4A bevat een krachtige STM32G473CE MCU met geïntegreerde randapparatuur die speciaal is geoptimaliseerd voor motorbesturingstoepassingen en die een 3-fasige full-bridge convertor bestuurt die bestaat uit zes MOSFET's met hoge stroomsterkte via triple half-bridge gatedriver STDRIVE101.

De MCU heeft meerdere ADC-randapparaten waardoor gelijktijdige bemonstering van motorfasestromen en back EMF-spanningen mogelijk is. Het bord kan gebruik maken van de ST MCSDK-bibliotheek om opties te bieden voor zesstaps of krachtige FOC-algoritmes met configureerbaarheid.

Functionaliteiten

• Ingangsspanning van 12 V_DC tot 28 V_DC (nominaal 21 V)
• RMS-uitgangsstroom tot 20 A
• Het bord bevat de volgende belangrijke apparaten:
  • STM32G473CET6: een krachtige Arm®-gebaseerde Cortex®-M4 32-bits MCU+FPU in LQFP48 (7 mm x 7 mm) behuizing. De MCU bevat goniometrische en rekenkundige wiskundeversnellers (CORDIC+FMAC), timers voor motorbesturing, PWM en het genereren van dode tijd.
  • STDRIVE101: drievoudige halfbridge gatedriver in VFQFPN (4 mm x 4 mm) met ingebouwde regelaar
  • STL220N6F7: zes N-kanaals 60 V, 0,0012 Ω nom., 120 A, STripFET™ F7 vermogen-MOSFET in een PowerFLAT™ 5x6-behuizing
  • L6981NDR: 38 V, 1,5 A synchrone step-downconvertor in een PowerSO-8-behuizing
  • LDL112: 1,2 A lage ruststroom-LDO met beveiliging tegen omgekeerde stroom in een SO8-behuizing
  • TSV912IQ2T: dubbele rail-naar-rail-ingang/-uitgang 8 MHz versterker
  • BAT54KFILM: 40 V, 300 mA kleinsignaal Schottky-dioden (enkelvoudig)
  • BAT54SWFILM: 40 V, 300 mA kleinsignaal Schottky-dioden (serie)
  • 2STR2160: snel schakelende PNP-vermogenstransistor met lage spanning
  • 2STR1160: laagspanningssnel schakelende NPN-vermogenstransistor
  • 2STR21STPS0560Z: 60 V, 0,25 A vermogen Schottky-gelijkrichter
  • ESDALC6V1-1U2: enkellijns Transil™ met lage capaciteit voor ESD-bescherming is een precisieregelaar van 500 mA.
• Hardwarefuncties die efficiënte motorbesturing mogelijk maken
  • Onafhankelijke ADC's voor 3-fasige stroomdetectie via shunts
  • 3 ADC-kanalen voor EMF-detectie aan de achterkant
  • Busspanningsdetectie
  • Hardware overstroombeveiliging door gatedrive
  • Optie voor temperatuurmeting
  • Optie voor digitale Hall-sensoren of encoderingangen
  • Optie voor montage van koellichaam
• Uitgerust met een uitgebreid STM32-motorbesturingssysteem voor PMSM of BLDC
  • Brede configureerbaarheid via motorbesturingsbibliotheek (MCSDK), bijbehorende GUI en profiler
  • Sensorloos drie-shunt of enkel-shunt vector veldgeoriënteerd regelalgoritme (FOC) (standaard)
  • Geschikt voor krachtig STM32 ZeST-algoritme (Zero Speed Full Torque), beschikbaar op aanvraag.
  • Optie voor sensorloos of sensorgestuurd algoritme in zes stappen
  • Afstemming van aandrijfdynamica
  • Selectie van bedrijfsparameters zoals schakelfrequentie
  • Andere parameterwaarden voor nominale en foutcondities, bijvoorbeeld over de stroomdrempel
  • Koppel- of snelheidsmodus
  • Volledig beveiligd met overstroombeveiliging, onderspanningsbeveiliging en thermische beveiliging
  • Configuratievoorbeelden met ST-boarddesigner, de JSON-bestanden worden ook meegeleverd
• Uitgebreide opties voor connectiviteit en gebruikerscontrole
  • Seriële draad debug (SWD) poort voor foutopsporing/programmering
  • Communicatie-interfaces voor SPI, UART, CAN/I²C-pinnen
  • Aansluiting voor knoppen en trimmer samen met een ingebouwde drukknopschakelaar
• Fout, status-LED's en interface voor externe LED voor verlichting
• Opties voor uitbreiding met dochterkaarten
  • Connector voor montage van dochterbord, bijvoorbeeld MEMS-sensorbord of geheugen
  • Connector voor het vergroten van het ingangsspanningsbereik door vervanging van DC/DC-convertor
• Testgebieden op de printplaat voor het monitoren van belangrijke signalen of DAC-uitgangen voor debugging