Placa de teste e controle BLDC STEVAL-PTOOL4A

Os sistemas compactos STEVAL-PTOOL4A da STMicroelectronics são projetados para controlar um motor CC sem escovas (BLDC) ou um motor síncrono de ímã permanente (PMSM) em aplicações como ferramentas portáteis alimentadas por bateria. Funciona com entradas padrões, como acelerador para controlar o torque/velocidade do motor e para fornecer potência até 250 W. A placa pode ser conectada a um motor adequado de ferramenta elétrica de 21 V, 250 W. Mais potência de pico pode ser fornecida com um dissipador de calor ou com um arranjo para circulação de ar, a fim de obter melhor dissipação de potência.

Este projeto de referência é ideal para o controle de motores de alto desempenho para manusear ferramentas elétricas como máquinas de furação, esmerilhadeiras, serras circulares, sopradores de folhas, cortadores de grama portáteis, entre outras. O fator de forma pequeno e amplo poder computacional o torna adequado mesmo para aplicações como drones, cadeiras de rodas, eletrodomésticos, bicicletas elétricas e plataformas robóticas. A STEVAL-PTOOL4A inclui um MCU de alto desempenho STM32G473CE que apresenta periféricos integrados, especialmente otimizados para aplicações de controle de motores, que controla um conversor de ponte completa de 3 fases, consistindo em seis MOSFETs de alta corrente por meio de um acionador de porta triplo de ponte completa STDRIVE101.

O MCU apresenta diversos periféricos ADC, permitindo assim a amostragem simultânea das correntes de fase do motor e das tensões de f.e.m. inversas. A placa pode aproveitar a biblioteca ST MCSDK para fornecer opções de algoritmos FOC de seis passos ou de alto desempenho com capacidade de configuração.

Características

• Tensão de entrada desde 12 V_CC a 28 V_CC (21 V nominal)
• Corrente RMS de saída até 20 A
• A placa é composta dos seguintes dispositivos fundamentais:
  • STM32G473CET6: um MCU+FPU de alto desempenho baseado em Arm® Cortex®-M4 de 32 bits num invólucro LQFP48 (7 mm x 7 mm). O MCU incorpora aceleradores matemáticos de trigonometria e aritméticos (CORDIC+FMAC), temporizadores para controle PWM do motor e geração de tempo morto
  • STDRIVE101: acionador de porta triplo de meia ponte em VFQFPN (4 mm x 4 mm) com regulador interno
  • STL220N6F7: MOSFET de potência STripFET™ F7 de seis canais N de 60 V, 0,0012 Ω típ., 120 A num invólucro PowerFLAT™ 5x6
  • L6981NDR: conversor abaixador síncrono de 38 V, 1,5 A num invólucro PowerSO-8
  • LDL112: LDO com corrente quiescente de 1,2 A com proteção contra corrente inversa em um invólucro SO8 do tipo asa de morcego
  • TSV912IQ2T: amplificador operacional duplo com entrada/saída rail-to-rail de 8 MHz
  • BAT54KFILM: diodos Schottky (simples) de pequenos sinais a 40 V, 300 mA
  • BAT54SWFILM: diodos Schottky (série) de pequenos sinais a 40 V, 300 mA
  • 2STR2160: transistor de potência PNP de chaveamento rápido e baixa tensão
  • 2STR1160: transistor de potência NPN de chaveamento rápido e baixa tensão
  • 2STR21STPS0560Z: retificador Schottky de potência a 60 V, 0,25 A
  • ESDALC6V1-1U2: o Transil™ de baixa capacitância para linha única na proteção contra ESD é um regulador de precisão a 500 mA
• Recursos de hardware que permitem opções de controle eficiente do motor
  • ADCs independentes para detecção de corrente de 3 fases por meio de shunts
  • 3 canais de ADC para detecção de f.e.m. inversa
  • Detecção da tensão de barramento
  • Hardware de proteção contra sobrecorrente por meio do acionador de porta
  • Opção para detecção de temperatura
  • Opção para sensores Hall digitais ou entradas de codificadores
  • Opção para montar dissipadores térmicos
• Capacitado com um ecossistema STM32 de controle do motor rico em recursos para PMSM ou BLDC
  • Capacidade ampla de configuração via biblioteca de controle do motor (MCSDK), GUI associada e analisador de perfil
  • Algoritmo (padrão) sem sensor de controle orientado por campo (FOC) com vetor de três ou um shunt
  • Adequado para algoritmo de alto desempenho STM32 ZeST (torque máximo sem velocidade), disponível sob solicitação
  • Opção para algoritmo de seis passos com ou sem sensores
  • Ajuste da dinâmica de acionamento
  • Seleção dos parâmetros, como a frequência de chaveamento
  • Outros valores de parâmetros para condições nominais e de falha, por exemplo, sobre o limiar de corrente
  • Modo de operação com torque ou velocidade
  • Totalmente seguro com proteção contra sobrecorrente, bloqueio de subtensão e proteção térmica
  • Exemplos de configuração com criador da placa ST, também são fornecidos os arquivos JSON
• Amplas opções para conectividade e controle de usuário
  • Porta serial de conexão (SWD) para depuração/programação
  • Interfaces de comunicação para pinos SPI, UART, CAN/I²C
  • Conector para botões e trimmer com um interruptor pushbutton na placa
• LEDs de falha e status, além de uma interface para LED externo de iluminação
• Opções para aprimoramento com placas-filha
  • Conector para montagem da placa-filha, por exemplo, memória ou placa de sensor MEMS
  • Conector para aumentar a faixa da tensão de entrada pela troca do conversor CC/CC
• Áreas de teste na placa para monitoramento de sinais importantes ou saídas DAC para depuração