Evaluierungsboard STEVAL-PTOOL4A für bürstenlose Gleichstrommotoren

Die kompakten Systeme STEVAL-PTOOL4A von STMicroelectronics sind für die Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors (BLDC) oder eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) in Anwendungen wie tragbaren batteriebetriebenen Werkzeugen ausgelegt. Sie arbeiten mit Standardeingängen wie dem Geschwindigkeitsregler, um das Motordrehmoment/-geschwindigkeit zu steuern und eine Leistung von bis zu 250 W zu liefern. Das Board kann an einen geeigneten 21-V-, 250-W-Elektrowerkzeugmotor angeschlossen werden. Mit einem Kühlkörper oder einer Luftumwälzung kann eine höhere Spitzenleistung erzielt werden, um eine bessere Verlustleistung zu erreichen.

Dieses Referenzdesign eignet sich ideal für die Steuerung von Hochleistungsmotoren in Elektrowerkzeugen wie Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Trennscheiben, Kreissägen, Laubbläsern, Handrasenmähern und mehr. Dank des kleinen Formfaktors und der hohen Rechenleistung eignet es sich sogar für Anwendungen wie Drohnen, Rollstühle, Haushaltsgeräte, E-Bikes und Roboterplattformen. Das STEVAL-PTOOL4A enthält eine leistungsstarke STM32G473CE-MCU mit integrierten Peripheriegeräten, die speziell für Motorsteuerungsanwendungen optimiert sind und einen 3-Phasen-Vollbrückenwandler steuern, der aus sechs Hochstrom-MOSFETs über den dreifachen Halbbrücken-Gate-Treiber STDRIVE101 besteht.

Die MCU verfügt über mehrere ADC-Peripheriegeräte, die eine gleichzeitige Abtastung von Motorphasenströmen und Gegen-EMK-Spannungen ermöglichen. Das Board kann die ST-MCSDK-Bibliothek nutzen, um Optionen für konfigurierbare sechsstufige oder leistungsstarke FOC-Algorithmen bereitzustellen.

Merkmale/Funktionen

• Eingangsspannung von 12 V_DC bis 28 V_DC (nominal 21 V)
• Ausgangs-Effektivstrom bis zu 20 A
• Das Board besteht aus den folgenden wichtigen Komponenten:
  • STM32G473CET6: Eine leistungsstarke Arm®-basierte Cortex®-M4-32-Bit-MCU+FPU im LQFP48-Gehäuse (7 mm x 7 mm) Die MCU enthält trigonometrische und arithmetische Rechenbeschleuniger (CORDIC+FMAC), Timer für die Motorsteuerung PWM und Totzeitgenerierung
  • STDRIVE101: Dreifach-Halbbrücken-Gate-Treiber in VFQFPN (4 mm x 4 mm) mit integriertem Regler
  • STL220N6F7: sechs N-Kanal-Leistungs-MOSFETs 60 V, 0,0012 Ω typ., 120 A, STripFET™ F7 in einem PowerFLAT™-5x6-Gehäuse
  • L6981NDR: synchroner 38-V/1,5-A-Abwärtswandler in einem PowerSO-8-Gehäuse
  • LDL112: 1,2-A-LDO mit niedrigem Ruhestrom und Verpolungsschutz in einem SO8-Batwing-Gehäuse
  • TSV912IQ2T: 8-MHz-Operationsverstärker mit zwei Rail-to-Rail-Eingängen/Ausgängen
  • BAT54KFILM: 40-V-, 300-mA-Schottky-Dioden für kleine Signale (einzeln)
  • BAT54SWFILM: 40-V-, 300-mA-Schottky-Dioden für kleine Signale (Serie)
  • 2STR2160: schnell schaltender Niederspannungs-PNP-Leistungstransistor
  • 2STR1160: schnell schaltender Niederspannungs-NPN-Leistungstransistor
  • 2STR21STPS0560Z: 60-V-, 0,25-A-Schottky-Gleichrichter
  • ESDALC6V1-1U2: Single-Line-Transil™ mit geringer Kapazität für ESD-Schutz ist ein Präzisionsregler mit 500 mA
• Hardware-Funktionen für effiziente Motorsteuerungsoptionen
  • Unabhängige ADCs für die 3-phasige Strommessung über Shunts
  • 3 ADC-Kanäle für die Erfassung der Gegen-EMK
  • Busspannungserkennung
  • Hardware-Überstromschutz durch Gate-Treiber
  • Option für Temperaturerfassung
  • Option für digitale Hall-Sensoren oder Encoder-Eingänge
  • Option für die Befestigung eines Kühlkörpers
• Ausgestattet mit einem funktionsreichen STM32-Motorsteuerungs-Ökosystem für PMSM oder BLDC
  • Umfassende Konfigurierbarkeit über die Motorsteuerungsbibliothek (MCSDK), die zugehörige grafische Benutzeroberfläche und den Profiler
  • Sensorloser Algorithmus für die vektorfeldorientierte Steuerung (FOC) mit drei oder einem Shunt (Standard)
  • Geeignet für den leistungsstarken STM32-ZeST-Algorithmus (Zero Speed Full Torque), auf Anfrage erhältlich
  • Wahlweise sensorloser oder sensorgestützter Sechs-Schritt-Algorithmus
  • Abstimmung der Antriebsdynamik
  • Auswahl der Betriebsparameter wie z. B. der Schaltfrequenz
  • Andere Parameterwerte für Nenn- und Fehlerbedingungen, z. B. über dem Stromschwellenwert
  • Drehmoment- oder Drehzahlmodusbetrieb
  • Vollständig geschützt mit Überstromschutz, Unterspannungsabschaltung und Wärmeschutz
  • Konfigurationsbeispiele mit dem Board Designer von ST; die JSON-Dateien werden ebenfalls bereitgestellt
• Große Auswahl an Anschlussmöglichkeiten und Steuerungsoptionen
  • Serial-Wire-Debug-(SWD)-Port für Debugging/Programmierung
  • Kommunikationsschnittstellen für SPI, UART und CAN/I²C-Pins
  • Steckverbinder für Tasten und Trimmer sowie ein integrierter Drucktastenschalter
• Fehler- und Status-LEDs und Schnittstelle für externe LED-Beleuchtung
• Erweiterungsoptionen mit Tochterkarten
  • Steckverbinder für die Montage einer Tochterplatine, z. B. MEMS-Sensorplatine oder Speicher
  • Steckverbinder zur Erhöhung des Eingangsspannungsbereichs durch Austausch des DC/DC-Wandlers
• Testflächen auf der Platine zur Überwachung wichtiger Signale oder DAC-Ausgänge für die Fehlersuche