STMicroelectronics STEVAL-PTOOL4A BLDC/PMSM-Evaluierungsboard

Das STMicroelectronics STEVAL-PTOOL4A BLDC/PMSM-Evaluierungsboard ist ein kompaktes System, das zur Steuerung eines bürstenlosen DC- (BLDC) oder eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) in Applikationen, wie z. B. batteriebetriebene Handheld-Werkzeuge ausgelegt ist. Das Bauteil wird mit dem Standard-Satz von Eingängen, wie z. B. Drosselspule, zur Steuerung des Motordrehmoments/der Motordrehzahl und zur Lieferung von Leistung bis zu 250 W betrieben. Das Board kann mit einem geeigneten 21-V-/250-W-Elektrowerkzeugmotor verbunden werden. Mehr Spitzenleistung kann mit einem Kühlkörper oder einer Anordnung für Umluft versorgt werden, um eine bessere Verlustleistung zu erreichen.

Dieses Referenzdesign eignet sich hervorragend für die Hochleistungs-Motorsteuerung zur Realisierung von Elektrowerkzeugen, wie z. B. Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Scheibenschneider, Rundsägen, Laubgebläse, tragbare Rasenmäher usw. Aufgrund des kleinen Formfaktors und der ausreichenden Rechenleistung eignet es sich auch für Applikationen wie Drohnen, Rollstühle, Haushaltsgeräte, E-Bikes und Robotik-Plattformen.

Der STEVAL-PTOOL4A von STMicroelectronics enthält einen leistungsstarken STM32G473CE MCU mit integrierter Peripherie, der speziell für Motorsteuerungsapplikationen optimiert ist, die einen Dreiphasen-Vollbrückenwandler steuern, der aus sechs Hochstrom-MOSFETs über den STDRIVE101 dreifachen Halbbrücken-Gate-Treiber besteht. Der MCU verfügt über mehrere ADC-Peripherien, die eine gleichzeitige Abtastung von Motorphasenströmen und Back-EMF-Spannungen ermöglichen.

Das Board kann die MCSDK-Bibliothek nutzen, um Optionen für sowohl Sechsschritt- als auch Hochleistungs-FOC-Algorithmen mit Konfigurierbarkeit bereitzustellen.

Merkmale

Eingangsspannung von 12 V bis 28 V DC (nominal 21 V)
Ausgangs-RMS-Strom bis zu 20 A
Das Board besteht aus den folgenden Hauptgeräten
- STM32G473CET6: Ein leistungsstarker ARM®-basierter Cortex®-M4-32-Bit-MCU+FPU in einem LQFP48-Gehäuse (7 x 7 mm)
  - Der MCU integriert trigonometrische und arithmetische Mathematik-Beschleuniger (CORDIC+FMAC), Timer für die Motorsteuerungs-PWM und Totzeit-Generierung
- STDRIVE101: Ein Dreifach-Halbbrücken-Gate-Treiber in VFQFPN (4 x 4 mm) mit integriertem Regler
- STL220N6F7: Sechs n-Kanal-MOSFETs von 60 V, 0,0012 Ω (typisch), 120 A, STripFET F7 Leistungs-MOSFET in einem PowerFLAT-5x6-Gehäuse
- L6981NDR: Ein synchroner 38-V-, 1,5-A-Abwärtswandler in einem PowerSO-8-Gehäuse
- LDL112: Ein 1,2-A-LDO mit niedrigem Ruhestrom und Sperrstromschutz in einem SO8-Batwing-Gehäuse
- TSV912IQ2T: 8-MHz-Dual-Rail-to-Rail-Ein-/Ausgangs-Operationsverstärker
- BAT54KFILM: 40 V, 300 mA Kleinsignal-Schottky-Dioden (Einzel)
- BAT54SWFILM: 40 V, 300 mA Kleinsignal-Schottky-Dioden (Baureihe)
- 2STR2160: Ein schnell schaltender Niederspannungs-PNP-Leistungstransistor
- 2STR1160: Ein schneller schaltender Niederspannungs-NPN-Leistungstransistor
- 2STR21STPS0560Z: Ein 60 V, 0,25 A Schottky-Leistungsgleichrichter
- ESDALC6V1-1U2: Ein Einzelleitungs-Transil™ mit niedriger Kapazität für ESD-Schutz ist ein Präzisionsregler von 500 mA
Hardware-Funktionen ermöglichen effiziente Motorsteuerungsoptionen
- Unabhängige ADCs für 3-Phasen-Strommessung über Nebenwiderstände
- Drei ADC-Kanäle für Back-EMF-Erkennung
- Bus-Spannungsmessung
- Hardware-Überstromschutz über Gate-Drive
- Option für Temperaturmessung
- Option für digitale Hall-Sensoren oder Encoder-Eingänge
- Option für die Montage des Kühlkörpers

Mit einem funktionsreichen STM32 Motorsteuerungs-Ökosystem für Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) und bürstenlose DC-Motoren (BLDC) verstärkt
- Große Konfigurierbarkeit über Motorsteuerungsbibliothek (MCSDK), dazugehörige GUI sowie Profiler
- Sensorloser Drei-Shunt- oder Einzel-Shunt-Vektor-Algorithmus (FOC) mit feldorientierter Steuerung (Standard)
- Geeignet für den leistungsstarken STM32 ZeST-Algorithmus (Zero-Speed-Full-Torque) von ST, auf Anfrage erhältlich
- Option für einen Sechsschritt-Algorithmus mit oder ohne Sensor
- Abstimmung der Antriebsdynamik
- Auswahl von Betriebsparametern, wie z. B. Schaltfrequenz
- Andere Parameterwerte für Nenn- und Fehlerbedingungen, z. B. über den Stromschwellenwert
- Drehmoment- oder Drehzahlbetrieb
- Vollständig geschützt mit Überstromschutz, Unterspannungssperre und thermischem Schutz
- Konfigurationsbeispiele mit dem ST Board Designer werden die JSON-Dateien ebenfalls bereitgestellt
Große Optionen für Konnektivität und Benutzersteuerung
- Serial-Wire-Debug-Anschluss (SWD) für Debugging/Programmierung
- Kommunikationsschnittstellen für SPI-, UART-, CAN/I²C-Pins
- Steckverbinder für Tasten und Trimmer zusammen mit einem On-Board-Druckschalter
Fehler, Status-LEDs und Schnittstelle für externe LED für Beleuchtung
Optionen für die Erweiterung mit Tochterkarten
- Steckverbinder für die Montage des Tochterboards, z. B. MEMS-Sensorboard oder Speicher
- Steckverbinder zur Erhöhung des Eingangsspannungsbereichs durch Austausch eines DC/DC-Wandlers
Testen von Landflächen auf dem Board zur Überwachung von wichtigen Signalen oder DAC-Ausgängen für das Debugging