ST com SL-PTOOL1V1 Deseño de referencia compacto para baixo voltage Ferramentas eléctricas sen escobillas
Introdución
Esta placa de deseño de referencia compacta STEVAL-PTOOL1V1 de 70 mm x 30 mm está feita a medida para baixotage ferramentas eléctricas accionadas
por motores trifásicos sin escobillas, alimentados por baterías de 3S a 2S. O deseño baséase no controlador STSPIN6F32B e no MOSFET de potencia STL0N180F6 (ou STL7N220F6).
A placa está lista para FOC sen sensores e sensores, e pódese configurar para un control sen sensores de seis pasos a través dos circuítos de detección BEMF dispoñibles. O firmware exampo incluído no SDK de control de motor STM32 (X-CUBE-MCSDK-Y) usa retroalimentación de posición dos sensores de efecto Hall, con capacidade de depuración e programación dispoñible a través da interface SWD e da función de actualización directa de firmware.
A placa pode entregar ata 15 A de corrente continua, grazas tamén á óptima disipación térmica proporcionada por un disipador de calor integrado. Incorpora un circuíto de encendido rápido que conecta e desconecta a batería, permitindo un consumo en espera inferior a 1 μA durante unha duración prolongada da batería. Inclúense varias funcións de protección, como apagado térmico, subvoltage bloqueo, protección contra sobreintensidade con limiar programable e polarización inversa da potencia stage saídas.
Este deseño de referencia está pensado principalmente para ferramentas eléctricas, pero é moi axeitado para calquera aplicación alimentada por batería que implique arquitectura, clasificación e rendemento similares. Hai unha entrada de potenciómetro para a variación de velocidade.
Comezando
Precaucións de seguridade
Perigo: Algúns dos compoñentes montados na placa poden alcanzar temperaturas perigosas durante o funcionamento.
Atención: Mentres usa o taboleiro:
- Non toque os compoñentes nin o disipador de calor
- Non cubra o taboleiro
- Non poña o taboleiro en contacto con materiais inflamables ou con materiais que desprendan fume ao quentar
- Despois da operación, deixe que a placa se arrefríe antes de tocala
- Engadir un condensador a granel é moi recomendable para evitar unha fonte de alimentación non estabilizada ou voltage supera ao acender o que pode danar o dispositivo
Acabadoview
O STEVAL-PTOOL1V1 implementa unha topoloxía de derivación única e características:
- Motor de 7-45 V voltage clasificación admitida
- Recomendado para ferramentas eléctricas provistas de baterías de 2S a 6S
- Corrente de saída ata 15 Arms
- Controlador de motor trifásico avanzado STSPIN32F0B adaptado para aplicacións de derivación única
- STL180N6F7 MOSFET de potencia de canal N de 60 V, 1.9 mΩ
- Corriente de espera ultra baixa por debaixo de 1 µA grazas a un disparador externo de encendido/apagado
- Disipador de calor para mellorar a disipación de enerxía
- Pegada extremadamente compacta (70 mm x 30 mm)
- Conector de entrada para sensores de efecto Hall e codificador
- Capacidade plug-and-play mediante firmware de seis pasos con retroalimentación do sensor de efecto Hall
- Control sen sensor de seis pasos dispoñible mediante circuítos de detección BEMF dedicados e control orientado de campo sen sensor/sensor
- Regulación da velocidade mediante un trimmer externo
- Proteccións: parada térmica, UVLO, sobreintensidade e polarización inversa de potencia stage saídas
- Interface de depuración SWD e actualización directa de firmware (DFU) a través de UART
Requisitos de hardware e software
Para usar a placa STEVAL-PTOOL1V1, necesitas:
- un PC con Windows (7, 8 ou 10).
- Depurador/programador ST-LINK para STM32
- o STM32 Motor Control SDK (X-CUBE-MCSDK-Y)
- un dos seguintes IDE:
- Banco de traballo integrado IAR para ARM
- Kit de desenvolvemento de microcontroladores Keil (MDK-ARM-STR)
- STM32CubeIDE
- unha fonte de alimentación con volta de saídatage entre 7 e 45 V (70 mA, máx. absorción de PCB de corrente continua só no modo de funcionamento)
- un motor trifásico sen escobillas en corrente e voltage rangos da fonte de alimentación e do STSPIN32F0B
Descrición e configuración do hardware
Figura 2. STEVAL-PTOOL1V1 sobreview
- Trimmer de regulación de velocidade
- Disparador de encendido
- Alimentación de batería positiva
- Orificios para montar o disipador de calor
- Conector de fase do motor
- Conector de fase do motor
- Conector de fase do motor
- Alimentación de batería negativa
- Conectores de sensor Hall
- Circuitos de detección BEMF
- Interface SWD
- GPIOs
MCU GPIO mapeados en conectores J3
| Conector | Pin non. | Sinal | Observacións |
|
J3 |
1 | NRST | Sinal SWD-RESET |
| 2 | Terra | ||
| 3 | PA13 | Sinal SWD-CLK | |
| 4 | PB1 | ||
| 5 | Terra | Sinal SWD-GND | |
| 6 | PA7 | Activador divisor BEMF | |
| 7 | PA14 | Sinal SWD-DIO | |
| 8 | PA6 | ||
| 9 | VDD | ||
| 10 | PA5 | ||
| 11 | BOTE 0 | ||
| 12 | PA4 | Feedback actual |
| Conector | Pin non. | Sinal | Observacións |
|
J3 |
13 | PA15 | |
| 14 | PA3 | Entrada trimmer de regulación de velocidade | |
| 15 | PB6 | ||
| 16 | PC14 | ||
| 17 | PB7 | ||
| 18 | PC15 | ||
| 19 | PB8 | ||
| 20 | PB9 |
Modo de operación e selección de topoloxía de detección
O STEVAL-PTOOL1V1 admite algoritmos sensores e sen sensor de 6 pasos.
Segundo o algoritmo utilizado, pode cambiar a configuración da placa soldando os compoñentes que faltan segundo a táboa seguinte.
Táboa 2. Configuración de hardware
| Técnica de conducción | Cambios de hardware |
| Sen sensores
Voltagmodo e (ver Figura 3) |
• Os circuítos de detección BEMF deben estar poboados • R10, R11 e R12 deben estar dessoldados |
| Modo de corrente sen sensor | • Os circuítos de detección BEMF deben estar poboados
• R10, R11 e R12 deben estar dessoldados • C20 e C21 pódense encher para mellorar os rendementos actuais de filtrado de comentarios • R28 e R38 pódense encher para compensar ou particionar o sinal de retroalimentación actual |
| Sensores Hall
Voltagmodo e |
Predeterminado: non se precisa ningún cambio |
| Sensores Hall Modo actual
(ver Figura 4) |
• C20 e C21 pódense encher para mellorar os rendementos actuais de filtrado de comentarios e/ou para compensar/particionar
• R28 e R38 pódense encher para compensar ou particionar o sinal de retroalimentación actual |
Detección de corrente
A placa STEVAL-PTOOL1V1 monta unha resistencia de derivación para detectar a corrente que flúe nas fases do motor. A resistencia está conectada a un amplificador integrado no STSPIN32F0B para o acondicionamento do sinal antes de reenviar o valor detectado ao comparador integrado. Os parámetros de filtrado e o factor de ganancia pódense cambiar a través de R26 e C20. O sinal filtrado (retroalimentación actual) envíase a J3-12.
STSPIN32F0B integra un comparador para a detección de OC. Cando se activa un evento OC, a saída do comparador OC sinala o evento OC ás entradas PB12 e PA12 do MCU (BKIN e ETR). O limiar OC interno do comparador pódese configurar mediante MCU (portos PF6 e PF7 segundo a táboa seguinte). A configuración do límite de corrente correspondente depende da resistencia de derivación e dos valores de acondicionamento do sinal.
Táboa 3. Limiares OC
| PF6 | PF7 | Limiar OC [mV] | Límite de corrente predeterminado [A] |
| 0 | 0 | NA | |
| 0 | 1 | 100 | 20 |
| 1 | 0 | 250 | 50 |
| 1 | 1 | 500 | 100 |
Sensores de efecto Hall e conector codificador
A placa STEVAL-PTOOL1V1 conecta os sensores dixitais de efecto Hall ou o codificador montados no motor coa placa de desenvolvemento STM32 Nucleo a través do conector J7.
O conector proporciona:
- resistencias pull-up (R6, R8, R9) para interfaces de drenaxe aberto e colector aberto
Retire as resistencias pull-up no caso de saídas push-pull (consulte a figura 5) - a fonte do codificador/sensor está normalmente conectada á batería voltage pero a configuración predeterminada pódese cambiar eliminando R3 e curtocircuitando R4 permitindo a subministración de VDD (ver Figura 5)
Táboa 4. Pinout J7
| Pin | Codificador | Sensor de efecto Hall |
| 1 | A+ | Salón 1 |
| 2 | B+ | Salón 2 |
| 3 | Z | Salón 3 |
| Pin | Codificador | Sensor de efecto Hall |
| 4 | Fonte de alimentación do codificador | Alimentación do sensor |
| 5 | Terra | Terra |
Trimmer de velocidade
Pode conectar un cortador externo ao conector J9 para proporcionar ao MCU un sinal analóxico utilizado polo firmware como punto de configuración do bucle de control de velocidade.
O voltage varía de 0 a 3.3 V (VDD) e aumenta ao xirar o cortador no sentido horario.
Activar/desactivar circuítos
Un interruptor externo permítelle conectar ou desconectar correctamente a MCU e a batería, reducindo o consumo en reposo ao nivel máis baixo. Tan pronto como se pecha o interruptor, o motor pode ser accionado segundo o requira o algoritmo de control.
A sección esquemática a continuación mostra o circuíto de activación/desactivación. Ao pechar o interruptor de gatillo, a porta Q1 PMOS é forzada a baixar, conectando a batería ao circuíto de control.
Circuíto de manter vivo
Tan pronto como o Q1 PMOS conecta a batería ao STSPIN32F0B e a VM sobe por riba do limiar de acendido, comeza a secuencia de acendido e o regulador integrado realiza o arranque suave.amp subministración do MCU.
Cando o MCU está operativo, pode manter o PMOS pechado usando Q2 NMOS que actúa como un interruptor impulsado por MCU paralelo ao interruptor de disparo externo. Así, o firmware toma o control da conexión entre a batería e o STSPIN32F0B permitindo que o código realice un apagado seguro (por exemploample, freando o motor).
Establece a saída GPIO (PF0) na inicialización da MCU.
Detección de estado de disparo externo
Aínda que o STSPIN32F0B é subministrado polo circuíto de mantemento, o estado real do interruptor de disparo externo debe supervisarse constantemente para executar a secuencia de apagado cando se solta.
O GPIO de monitorización (PF1) está conectado ao interruptor a través do diodo D2. Mentres o interruptor estea pechado, o GPIO é forzado a baixar a través de D2. Soltando o interruptor, D2 apágase e o GPIO é tirado pola resistencia.
Unha interrupción para activar a freada e parar o motor debe establecerse no bordo ascendente de PF1.
Protección contra polarización inversa da potencia stage saídas
A batería está sempre conectada á alimentacióntage mentres o lado de control está desconectado a través do interruptor Q1 PMOS. Así, o voltage do poder stagA saída (VOUT) pode ser superior á subministración lóxica de control (VM) violando o límite AMR do circuíto de condución da porta (VOUT máx. = VM + 2 V).
O dispositivo está protexido contra esta polarización inversa polos díodos entre cada saída e a fonte de VM (D3, D4, D5 e D7).
Como usar o taboleiro
Paso 1. Comprobe as opcións de montaxe segundo o modo de operación desexado (consulte a Sección 2.1 Modo de operación e selección de topoloxía de detección).
Paso 2. Conecte un interruptor de gatillo externo a J8.
Como opción, pode conectar un cortador externo a J9 para variar a velocidade do motor.
Paso 3. Subministre a placa a través de J1 (positivo) e J2 (terra).
Paso 4. Descarga o código precompilado a través da interface SWD.
Paso 5. Conecte as fases do motor sen escobillas a J4, J5 e J6.
Paso 6. Desenvolve a túa aplicación usando o firmware example incluído no STM32 Motor Control SDK (X-CUBEMCSDK-Y) como punto de partida.
Diagramas esquemáticos
Figura 7. Diagrama esquemático STEVAL-PTOOL1V1
Lista de materiais
Táboa 5. Lista de materiais STEVAL-PTOOL1V1
| Elemento | Cant | Ref. | Parte/Valor | Descrición | Fabricante | Código de pedido |
| 1 | 2 | C1, C2 | 4.7 µF Tamaño 1206 50 V | Condensador cerámico SMT | Kemet | C1206C475K5PACTU |
| 2 | 1 | C3 | Tamaño de 47 µF
0805 6.3 V |
Condensador cerámico SMT | Kemet | C0805C476M9PACTU |
| 3 | 2 | C4, C19 | Tamaño 1 nF
0402 6.3 V |
Condensador cerámico SMT | Murata | GRM155R61H102KA01D |
| 4 | 2 | C5, C18 | Tamaño 100 nF
0402 6.3 V |
Condensador cerámico SMT | Murata | GCM155R71C104KA55D |
| 5 | 1 | C6 | 4.7 µF Tamaño 1206 50 V | Condensador cerámico SMT | Kemet | C1206C475K5PACTU |
| 6 | 1 | C7 | Tamaño 220 nF
0402 50 V |
Condensador cerámico SMT | Taiyo Yuden | UMK105BJ224KV-F |
| 7 | 3 | C10, C11, C17 | Tamaño 1000 n
0603 16 V |
Condensador cerámico SMT | TDK | C1608X7R1C105K080AC |
| 8 | 1 | C12 | Tamaño 100 n
0402 16 V |
Condensador cerámico SMT | Murata | GCM155R71C104KA55D |
| 9 | 1 | C13 | 1 n Talla 0402
3.6 V |
Condensador cerámico SMT | Murata | GRM155R61H102KA01D |
| 10 | 4 | C14, C15, C16, C22 | Tamaño 100 p
0402 6.3 V |
Condensador cerámico SMT | MULTICOMP | MC0402B101K250CT |
|
11 |
2 |
C20, C21 |
Tamaño 0402 6.3 V | Condensador cerámico SMT (no montado) |
Calquera |
|
| 12 | 1 | C23 | Tamaño 10 µ
0805 16 V |
Condensador cerámico SMT | Murata | GRM21BR61C106KE15L |
| 13 | 1 | C24 | Tamaño 10 n
0402 6.3 V |
Condensador cerámico SMT | Wurth Elektronik | 885012205012 |
| 14 | 1 | D1 | STPS0560Z SOD-123 | Rectificador Schottky | ST | STPS0560Z |
| 15 | 1 | D2 | BZT585B12T SOD523 | Diodo Zener de precisión SMD | Diodos incorporados | BZT585B12T-7 |
| 16 | 5 | D3, D4, D5, D6, D7 | 1N4148WS SOD-323F | Diodo de conmutación rápida de sinal pequeno | Vishay | 1N4148WS-E3-08 |
|
17 |
3 |
D8, D9, D10 |
BZX585-C3V3 SOD-523 3.3 V | Diodo Zener de 3.3 V 300 mW (non montado) |
Nexperia |
BZX585-C3V3 ou
equivalente (NP) |
|
18 |
3 |
D11, D12, D13 |
BAT30KFILM SOD-523 30 V | Diodo Schottky de sinal pequeno (non montado) |
ST |
|
|
19 |
6 |
D14, D15, D16, D17, D18, D19 | BAT30KFILM SOD-523 30 V | Diodo Schottky de pequeno sinal |
ST |
|
| 1 | D20 | IN4148WS SOD-323 75V | Diodo de propósito xeral | Vishay | 1N4148WS-E3-08 | |
| 20 | 1 | JP1 | Puente SMT | Calquera | ||
| 21 | 5 | J1, J2, J4, J5, J6 | Orificio chapado 3 mm | Jumpers | Calquera |
| Elemento | Cant | Ref. | Parte/Valor | Descrición | Fabricante | Código de pedido |
|
22 |
1 |
J3 |
TIRA 2×10 2×10 pinos |
Conector tira 10×2 polos, 2.54 mm (no montado) |
Calquera |
|
|
23 |
1 |
J7 |
TIRA 1×5
1×5 pinos |
Conector de tira 5
postes, 2.54 mm (no montados) |
Calquera |
|
|
24 |
1 |
J8 |
TIRA 1×2
1×2 pinos |
Conector de tira 2
postes, 2.54 mm (no montados) |
Calquera |
|
|
25 |
1 |
J9 |
TIRA 1×3
1×3 pinos |
Conector de tira 3
postes, 2.54 mm (no montados) |
Calquera |
|
|
26 |
1 |
L1 |
22 µF, 580 mA, SMD 3 x
1.5 mm |
Indutor |
Bourns |
SRN3015-220M |
|
27 |
1 |
Q1 |
STN3P6F6 SOT-223 |
Canle P -60 V,
0.13 ohmios, -3 A StripFET F6 MOSFET de potencia |
ST |
|
|
28 |
1 |
Q2 |
2N7002 SOT-23 | Canle N 60 V,
MOSFET de 7.5 ohmios |
ST |
2N7002 |
|
29 |
6 |
Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8 |
STL180N6F7 |
Canle N 60 V,
1.9 mOhm, 120 A StripFET F7 MOSFET de potencia |
ST |
|
|
STL180N6F7 |
Canle N 60 V,
0.0012 ohmios típico, 260 A STRIPFET MOSFET de potencia F7 |
|
||||
|
30 |
2 |
R1, R2 |
100 k Tamaño
0402 1/16W 5 % |
Resistencia SMT |
Panasonic |
ERJ2RKF1003X |
| 31 | 1 | R3 | 0 R Talla 0805
0.1 W 5 % |
Resistencia SMT | Yageo | RC0805JR-070RL |
| 32 | 1 | R4 | Tamaño 0805 0.1
W 5 % |
Resistencia SMT (no montada) | Calquera | |
|
33 |
2 |
R5, R41 |
100 k Tamaño
0402 1/16 W 5 % |
Resistencia SMT |
Panasonic |
ERJ2RKF1003X |
| 34 | 3 | R6, R8, R9 | 10 k Tamaño 0402 1/16 W 5 % | Resistencia SMT | Panasonic | ERJ2RKF1002X |
| 35 | 1 | R7 | 15 k Tamaño 0402 1/16 W 5 % | Resistencia SMT | Vishay | CRCW040215K0FKED |
| 36 | 3 | R10, R11, R12 | 1 k Tamaño 0402 1/16 W 5 % | Resistencia SMT | Panasonic | ERJ2GEJ102X |
|
37 |
1 |
R13 |
100 k Tamaño
0603 1/16W 5 % |
Resistencia SMT |
TE Connectivity |
CRG0603F100K |
| 38 | 1 | R14 | 39k Tamaño 0402
1/16 W 5 % |
Resistencia SMT | Vishay | CRCW040239K0FKED |
| 39 | 3 | R15, R16, R17 | 10 k Tamaño 0402
0.1 W 5 % |
Resistencia SMT (no montada) | Calquera |
| Elemento | Cant | Ref. | Parte/Valor | Descrición | Fabricante | Código de pedido |
| 40 | 1 | R18 | 1 k Tamaño 0402
1/16 W 5 % |
Resistencia SMT | Panasonic | ERJ2GEJ102X |
| 41 | 1 | R19 | 0 R Talla 0603
1/16 W 5 % |
Resistencia SMT | Panasonic | ERJ3GEY0R00V |
|
42 |
3 |
R20, R21, R22 |
2.2 k Tamaño 0402 0.1 W 5
% |
Resistencia SMT (no montada) |
Calquera |
|
|
43 |
6 |
R23, R24, R25, R35, R36, R37 | Talla 56 R
0603 0.1 W 5 % |
Resistencia SMT |
Vishay |
CRCW060356R0FKEA |
| 44 | 2 | R26, R39 | 10 k Tamaño 0402 1/16 W 1 % | Resistencia SMT | Panasonic | ERJ2RKF1002X |
| 45 | 1 | R27 | 0 R Talla 0603
0.1 W 5 % |
Resistencia SMT | Panasonic | ERJ3GEY0R00V |
| 46 | 2 | R28, R38 | Tamaño 0402 1/16 W 1 % | Resistencia SMT (no montada) | Calquera | |
| 47 | 2 | R29, R34 | 2 k Tamaño 0402 1/16 W 1 % | Resistencia SMT | Panasonic | ERJ2RKF2001X |
|
48 |
3 |
R30, R31, R32 |
Talla 10 R
0603 0.1 W 5 % |
Resistencia SMT |
Vishay |
CRCW060310R0FKEA |
|
49 |
1 |
R33 |
4.7 k Tamaño 0402 1/16 W 1
% |
Resistencia SMT |
Panasonic |
ERJ2GEJ472X |
| 50 | 1 | R40 | 0.001R Tamaño 2512 3 W 1 % | Resistencia SMT | Bourns | CRE2512-FZ-R001E-3 ou
equivalente |
|
51 |
7 |
TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7 | TP-SMD-
almohadilla de cobre de 1_27 mm de diámetro |
Pad SMD |
Calquera |
|
|
52 |
1 |
U1 |
STSPIN32F0B VFQFPN48 7 x 7 x 1 mm |
Controlador BLDC de derivación única avanzado con MCU STM32 integrado |
ST |
|
|
53 |
1 |
3386W-1-503L F |
Potenciómetro, 50Kohm, orificio pasante, serie 3386 trimpot |
Bourns |
3386W-1-503LF |
|
| 54 | 1 | Disipador térmico-29×2 9×8 mm | Disipador térmico-29x29x8 mm | Fischer Elektronik | ICK SMD E 29 SA | |
|
55 |
1 |
PCB |
30x70x1.55 m
m 30x70x1.55m m |
4 capas FR4-PCB cu espesor 70 micras, interior 35 micras |
Calquera |
|
|
56 |
4 |
3x8mm 3x8mm |
Vite metrica cilindrica M3 RS PRO, en Acciaio, 8mm |
Wurt |
00463 8 |
|
| 57 | 4 | 7X3.2X0.5mm
7X3.2X0.5mm |
Nylon 6/6 UL94-V2 | STEAB | 5021/1 | |
|
58 |
1 |
3.2 W/m*K 150x150x0.5 mm autoadhesivo |
Ficha de interface térmica |
RS Pro |
707-4645 |
Historial de revisións
Táboa 6. Historial de revisión de documentos
| Data | Versión | Cambios |
| 02-outubro-2020 | 1 | Lanzamento inicial. |
| 14-Xaneiro-2021 | 2 | Actualizada a Sección 1.1 Precaucións de seguridade, a Sección 3 Como usar a placa e a Sección 4 Diagramas esquemáticos. |
| 03-Ago-2021 | 3 | Introdución actualizada, requisitos de hardware e software e como usar a placa. |
| 11-novembro-2021 | 4 | Actualizado Sección 4 Diagramas esquemáticos. |
AVISO IMPORTANTE: LÉ ATENTAMENTE
STMicroelectronics NV e as súas subsidiarias (“ST”) resérvanse o dereito de realizar cambios, correccións, melloras, modificacións e melloras nos produtos ST e/ou neste documento en calquera momento sen previo aviso. Os compradores deben obter a información relevante máis recente sobre produtos ST antes de facer pedidos. Os produtos ST véndense de acordo cos termos e condicións de venda de ST existentes no momento do recoñecemento da orde.
Os compradores son os únicos responsables da elección, selección e uso dos produtos ST e ST non asume ningunha responsabilidade pola asistencia á aplicación ou o deseño dos produtos dos compradores.
ST non concede ningunha licenza, expresa ou implícita, a ningún dereito de propiedade intelectual.
A revenda de produtos ST con disposicións diferentes da información aquí establecida anulará calquera garantía concedida por ST para tal produto.
ST e o logotipo de ST son marcas comerciais de ST. Para obter información adicional sobre as marcas rexistradas ST, consulte www.st.com/trademarks. Todos os outros nomes de produtos ou servizos son propiedade dos seus respectivos propietarios.
A información deste documento substitúe e substitúe a información proporcionada anteriormente en calquera versión anterior deste documento.
© 2021 STMicroelectronics - Todos os dereitos reservados
Documentos/Recursos
 |
ST com SL-PTOOL1V1 Deseño de referencia compacto para baixo voltage Ferramentas eléctricas sen escobillas [pdfManual do usuario SL-PTOOL1V1, Deseño de referencia compacto para baixo voltage Ferramentas eléctricas sen escobillas, Deseño de referencia compacto, SL-PTOOL1V1, Deseño de referencia |
