露天看台STM32马达控制套件评估板技术手册
(第二版)
STM32 是基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器,其强大的内核及其丰富的外设使其在无刷马达控制应用领域得到了广泛的使用。为了使用户能快速地基于STM32 开发出无刷马达控制器,我们公司推出了基于三相感应马达及PMSM马达的应用套件,该套件包含了ST马达控制软件库V2.0及相应的评估板。基于国产第一版推出后受到网友的热捧,产品一度脱销,因此我们在参考了国外几家半导体公司的马达驱动板的设计理念后,结合网友使用第一版后提出的合理建议,我们推出了第二版,下面我们介绍第二版的基本特点: 一、硬件特点:基于客户使用第一版反馈的建议,我们仍然保持控制板较大的驱动功率,但是MCU及功率板做在了一起,这是由于第二版的开发目标针对的是高精密的运动伺服控制器,所以要求驱动和采样信号尽量高速可靠的传输,减少中间容易出错及受到干扰的可能性。根据客户的建议,MCU选择使用100脚的STM32F103VXT6芯片作为其主控芯片,功率版提供2种MOSFET选择,ST生产的75V/75A先进MOSFET,可以支持直流50V,电流到30A的低压应用,驱动功率达到600W,另一种为飞利浦生产的BUK7510,可以支持直流72V,电流到35A的低压应用,驱动功率达到800W同时高压功率驱动板正在开发中,届时将会使用600V/30A智能IPM模块或者IGBT,驱动功紫砂电饭锅
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能将达到3KW左右。下面是板子的硬件说明:
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控制电源部分:控制电源采用单独输入,目的是在使用高压驱动电源时,可以单独为控制部分供电,从而使得动力电压范围更广。一般驱动电源在+50V以下的应用,控制和驱动可以使用同一路电源,但是高于+50V以后,建议使用单独供电,当然为了提供更大的适应不同场合的能力,我们使用特殊的高压DC BUCK芯片即使电压高达直流125V,也可以继续使用同一路电源供电,但是考虑安全因素,我们不建议您这样使用。控制电源经过降压芯片提供包括+5V控制电源,通用24V电源,以及逻辑3.3V电源等,可以驱动继电器,散热风扇等。
栅极驱动电源:使用LM2596可调开关电源芯片,目前电压设定为+15V,为IGBT及MOSFET驱动电路,大功率二极管,IGBT过流保护,刹车等电路部分供电,有些公司生产的IGBT 可靠工作阀值电压为18V,所以我们针对不同的IGBT型号,阀值电压可调,只需要简单的更换2个电阻的比值,就可以改变驱动电压,这种设计可以最大程度地保证IGBT安全可靠的开通。 三相半桥电路:根据需要可以选择使用IR2101S、IR2103S 或者IR2112S驱动芯片,软件上只需要更改预编译选项即可,简单方便,MOSFET使用ST75NF75或者BUK7510,封装为TO-220,当然为了适应驱动电压的不同,也可以更换其他TO-220封装的管子,同时外围的滤波电容也要做相应的修改。
电流取样电路:板子上可以直接使用3种电流取样方式,分
暖脐贴或者TLP250高速光耦,同时为了实现安全可靠的控制,增加了一路刹车电流取样以及一路刹车过流保护,电流取样电阻为:0.01R/5W,电流取样范围:±30A。刹车过流时有LED报警显示。 温度检测电路:温度传感器可以选择使用NS公司生产的专用LM35DZ温度传感器或者通用的NTC 、PTC热敏电阻,硬件上只需要简单的更换一个电阻即可,为用户提供非常灵活的温度采集解决方案。温度信号经传感器采样后一路送到MCU,作为LCD的温度显示信息及散热风扇的启停信号,另一路送到保护电路,达到阀值电压后,过热保护停机,过热保护时有LED报警显示。
速度检测接口:提供6个脉冲采集通道,为了连接的方便提供2种接口形式,DB9-MALE和3.81-8P,用户可以根据需要选择任何一种连接即可。可以同时连接一个Hall和一个增量编码器,也可以在做伺服驱动器时,同时连接2个增量编码器,一个作为主编码器接口,另一个为第二编码器接口。根据使用第一版客户的建议,第二版的其中3个通道也可以更改为模拟电压采集通道,这样就可以连接线性HALL,为高精度低成本马达控制提供了可能,软件部分用户可以自行设计。
I/O控制接口:第二版提供了4路数字输出接口、4路数字输入接口,接口全部使用光耦隔离,4路数字输出部分,每一路都带有单独的LED状态显示,另外提供2路模拟量输入,2路模拟量输出接口,模拟信号的有效电平为:0-5V,注意该电路未加
保护,输入信号的电平不要超过有效电平,3个接口的连接形式全部为3.81-6P。
TFT-LCD屏:使用2.8寸或者3.2寸TFT真彩液晶显示屏模块,用于马达控制参数的实时显示和调节。市场上常见的该类LCD的驱动芯片多达7种型号,基于使用第一版本的客户建议,我们的软件现在已经全部支持该7种型号的驱动芯片,用户只需要在编译前简单的更改一个预编译选项即可,这样使得软件的兼容性大大提高,从而使得用户的产品不会受到LCD供货的影响,提高了产品生存能力。LCD模块的具体参数为:240X320点阵,板载16、24点阵汉字库,26万TFT真彩,8位或16位通讯方式,缺省全部使用8位方式通讯,只需简单的更改软件的一项预编译选项,即可更改为16位通讯方式。该LCD模块也提供了对触摸屏的支持,驱动芯片为RSM1843。同时板载SD卡座,支持2G SD卡,软件方面全部提供汉字及图形显示函数,FAT文件读写支持,可以直接读写SD卡上的文件,使用FREE软件FatFs,无版权之忧。
通讯接口:板载3种通讯接口,RS232、RS485和CAN。考虑到通讯的重要性,我们不计元件成本分别使用了SP3232EEN、SP3485E和SN65HVD230芯片,这样从硬件上保证了通讯的可靠,基于高层软件通讯协议的不同,我们没有提供通讯方面的代码,用户可以自行设计。这里要顺便提到的是,板上提供了一个跳线JP101,用户可以使用该跳线选择STM32的启动模式,当氮气冷却系统