ST com SL-PTOOL1V1 紧凑型参考设计，适用于低音量tage 无刷电动工具
介绍
这款 STEVAL-PTOOL1V1 紧凑型 70 mm x 30 mm 参考设计板专为低音量tag电动工具驱动
由三相无刷电机，由 3S 至 2S 电池供电。 该设计基于 STSPIN6F32B 控制器和 STL0N180F6（或 STL7N220F6）功率 MOSFET。
该板可用于无传感器和有传感器 FOC，并可通过可用的 BEMF 传感电路配置为六步无传感器控制。 固件前ampSTM32 电机控制 SDK (X-CUBE-MCSDK-Y) 中包含的文件使用霍尔效应传感器的位置反馈，通过 SWD 接口和直接固件更新功能提供调试和编程功能。
由于嵌入式散热器提供的最佳散热效果，该板可提供高达 15 A 的连续电流。 它嵌入了一个快速上电电路，用于连接和断开电池，允许待机消耗低于 1 μA 以延长电池使用时间。 包括几个保护功能，例如热关断、欠压tage 具有可编程阈值和电源反向偏置的锁定、过流保护tage 输出。
该参考设计主要用于电动工具，但非常适合任何涉及类似架构、额定值和性能的电池供电应用。 提供用于速度变化的电位器输入。
入门
安全预防措施
危险： 安装在板上的某些组件在运行期间可能会达到危险温度。
警告： 使用板子时：
- 请勿触摸组件或散热器
- 不要盖板
- 请勿将板子与易燃材料或加热时释放烟雾的材料接触
- 操作后，让电路板冷却后再触摸它
- 强烈建议添加一个大容量电容器，以防止电源或电压不稳定tage 开机时的过冲可能会损坏设备
超过view
STEVAL-PTOOL1V1 实现了单分流拓扑和特性：
- 7 – 45 V 电机体积tag支持 e 评级
- 推荐用于 2S 至 6S 电池供电的电动工具
- 输出电流高达 15 Arms
- STSPIN32F0B 先进的三相电机控制器，专为单分流应用量身定制
- STL180N6F7 60 V、1.9 mΩ N 沟道功率 MOSFET
- 由于外部开启/关闭触发器，超低待机电流低于 1µA
- 用于改善功耗的散热器
- 极其紧凑的占地面积（70 毫米 x 30 毫米）
- 霍尔效应传感器和编码器的输入连接器
- 通过带有霍尔效应传感器反馈的六步固件实现即插即用功能
- 通过专用 BEMF 传感电路和无传感器/有传感器磁场定向控制提供六步无传感器控制
- 通过外部微调器进行速度调节
- 保护：热关断、UVLO、过流和电源反向偏置tag输出
- SWD 调试接口和通过 UART 的直接固件更新 (DFU)
硬件和软件要求
要使用 STEVAL-PTOOL1V1 板，您需要：
- 一台 Windows（7、8 或 10）PC
- STM32 的 ST-LINK 调试器/编程器
- STM32 电机控制 SDK (X-CUBE-MCSDK-Y)
- 以下 IDE 之一：
- IAR ARM嵌入式工作台
- Keil 微控制器开发套件 (MDK-ARM-STR)
- STM32CubeIDE
- 具有输出音量的电源tage 在 7 和 45 V 之间（70 mA，最大直流电流 PCB 仅在运行模式下吸收）
- 三相无刷电机在电流和体积tage 范围的电源和 STSPIN32F0B
硬件描述和配置
图 2. STEVAL-PTOOL1V1 结束view
- 调速微调器
- 上电触发
- 正极电池供电
- 散热器安装孔
- 电机相连接器
- 电机相连接器
- 电机相连接器
- 负电池供电
- 霍尔传感器连接器
- BEMF传感电路
- SWD接口
- GPIO
MCU GPIO 映射到 J3 连接器
| 连接器 | 针号 | 信号 | 评论 |
|
J3 |
1 | 自然资源部 | SWD-RESET 信号 |
| 2 | 地面 | ||
| 3 | PA13 | SWD-CLK 信号 | |
| 4 | PB1 | ||
| 5 | 地面 | SWD-GND 信号 | |
| 6 | PA7 | BEMF 分频器使能器 | |
| 7 | PA14 | SWD-DIO 信号 | |
| 8 | PA6 | ||
| 9 | 电压源 | ||
| 10 | PA5 | ||
| 11 | BOOT0 | ||
| 12 | PA4 | 电流反馈 |
| 连接器 | 针号 | 信号 | 评论 |
|
J3 |
13 | PA15 | |
| 14 | PA3 | 调速微调输入 | |
| 15 | PB6 | ||
| 16 | PC14 | ||
| 17 | PB7 | ||
| 18 | PC15 | ||
| 19 | PB8 | ||
| 20 | PB9 |
操作模式和传感拓扑选择
STEVAL-PTOOL1V1 支持 6 步无传感器和有传感器算法。
根据使用的算法，您可以按照下表通过焊接缺失的组件来更改电路板配置。
表 2. 硬件配置
| 驾驶技术 | 硬件变化 |
| 无传感器
卷tage 模式（见 图 3) |
• BEMF 感应电路必须安装 • R10、R11 和 R12 必须拆焊 |
| 无传感器电流模式 | • BEMF 感应电路必须安装
• R10、R11 和 R12 必须拆焊 • 可以填充 C20 和 C21 以提高电流反馈滤波性能 • R28 和 R38 可用于偏移或分配电流反馈信号 |
| 霍尔传感器
卷tag模式 |
默认 - 无需更改 |
| 霍尔传感器电流模式
（看 图 4) |
• 可以填充 C20 和 C21 以提高电流反馈滤波性能和/或偏移/分区
• R28 和 R38 可用于偏移或分配电流反馈信号 |
电流感应
STEVAL-PTOOL1V1 板安装了一个分流电阻器，以感测流入电机相位的电流。 该电阻器连接到一个 amp集成在 STSPIN32F0B 中的升压器用于在将感测值转发到集成比较器之前进行信号调理。 滤波参数和增益系数可以通过R26和C20改变。 滤波后的信号（电流反馈）被路由到 J3-12。
STSPIN32F0B 集成了一个用于 OC 检测的比较器。 当触发 OC 事件时，OC 比较器输出将 OC 事件发送到 MCU PB12 和 PA12 输入（BKIN 和 ETR）。 比较器内部 OC 阈值可以通过 MCU 设置（PF6 和 PF7 端口如下表）。 相应的电流限制设置取决于分流电阻和信号调理值。
表 3. OC 阈值
| PF6 | PF7 | OC 阈值 [mV] | 默认电流限制 [A] |
| 0 | 0 | 不适用 | |
| 0 | 1 | 100 | 20 |
| 1 | 0 | 250 | 50 |
| 1 | 1 | 500 | 100 |
霍尔效应传感器和编码器连接器
STEVAL-PTOOL1V1 板通过 J32 连接器将安装在电机上的数字霍尔效应传感器或编码器与 STM7 Nucleo 开发板连接起来。
该连接器提供：
- 上拉电阻（R6、R8、R9）用于开漏和开集连接
在推挽输出的情况下移除上拉电阻（参见图 5） - 编码器/传感器电源通常连接到电池卷tage 但可以通过移除 R3 和短路 R4 来更改默认设置以允许 VDD 供电（参见图 5）
表 4. J7 引脚分配
| 别针 | 编码器 | 霍尔效应传感器 |
| 1 | A+ | 1 号展厅 |
| 2 | B+ | 2 号展厅 |
| 3 | Z | 3 号展厅 |
| 别针 | 编码器 | 霍尔效应传感器 |
| 4 | 编码器电源 | 传感器电源 |
| 5 | 地面 | 地面 |
速度修剪器
您可以将外部微调器连接到 J9 连接器，以向 MCU 提供固件使用的模拟信号作为速度控制环的设置点。
卷tage 的范围为 0 至 3.3 V (VDD)，并通过顺时针方向旋转微调器来增加。
打开/关闭电路
外部开关允许您正确连接或断开 MCU 和电池，将静态消耗降低到最低水平。 一旦开关闭合，电机就可以按照控制算法的要求进行驱动。
下面的示意图部分显示了开启/关闭触发电路。 通过关闭触发开关，Q1 PMOS 栅极被强制为低电平，从而将电池连接到控制电路。
保活电路
一旦 Q1 PMOS 将电池连接到 STSPIN32F0B 并且 VM 上升到开启阈值以上，上电序列开始，集成降压稳压器执行软启动 ramp 供应单片机。
当 MCU 运行时，您可以使用 Q2 NMOS 保持 PMOS 关闭，它充当与外部触发开关并联的 MCU 驱动开关。 因此，固件控制电池和 STSPIN32F0B 之间的连接，允许代码执行安全关闭（例如ample，通过制动电机）。
在 MCU 初始化时设置 GPIO 输出 (PF0)。
外触发状态检测
虽然 STSPIN32F0B 由保活电路供电，但必须不断监测外部触发开关的实际状态，以便在释放时执行关断序列。
监控GPIO（PF1）通过D2二极管连接到开关。 只要开关闭合，GPIO就会通过D2强制为低电平。 松开开关，D2 关闭，GPIO 被电阻上拉。
应在 PF1 的上升沿设置一个中断来触发制动并停止电机。
防止电源反向偏置tag输出
电池始终连接到电源tage 而控制端通过 Q1 PMOS 开关断开。 因此，卷tage 的权力 stag输出 (VOUT) 可能高于控制逻辑电源 (VM)，从而违反了栅极驱动电路的 AMR 限制 (VOUT 最大值 = VM + 2 V)。
每个输出和 VM 电源（D3、D4、D5 和 D7）之间的二极管保护器件免受这种反向偏置的影响。
板子的使用方法
步骤1. 根据所需的操作模式检查安装选项（参见第 2.1 节操作模式和传感拓扑选择）。
步骤2. 将外部触发开关连接到 J8。
作为一个选项，您可以将外部微调器连接到 J9 以改变电机速度。
步骤3. 通过 J1（正极）和 J2（接地）为电路板供电。
步骤4. 通过 SWD 接口下载预编译的代码。
步骤5. 将无刷电机相连接到 J4、J5 和 J6。
步骤6. 使用固件 ex 开发您的应用程序amp包含在 STM32 电机控制 SDK (X-CUBEMCSDK-Y) 中的文件作为起点。
示意图
图 7. STEVAL-PTOOL1V1原理图
物料清单
表 5. STEVAL-PTOOL1V1 物料清单
| 物品 | 数量 | 参考。 | 零件/价值 | 描述 | 制造商 | 订购代码 |
| 1 | 2 | C1、C2 | 4.7µF 尺寸 1206 50 V | 贴片陶瓷电容 | 基美特 | C1206C475K5PACTU |
| 2 | 1 | C3 | 47 µF 尺寸
0805 6.3 V |
贴片陶瓷电容 | 基美特 | C0805C476M9PACTU |
| 3 | 2 | C4、C19 | 1 nF 大小
0402 6.3 V |
贴片陶瓷电容 | 村田 | GRM155R61H102KA01D |
| 4 | 2 | C5、C18 | 100 nF 大小
0402 6.3 V |
贴片陶瓷电容 | 村田 | GCM155R71C104KA55D |
| 5 | 1 | C6 | 4.7 µF 尺寸 1206 50 V | 贴片陶瓷电容 | 基美特 | C1206C475K5PACTU |
| 6 | 1 | C7 | 220 nF 大小
0402 50 V |
贴片陶瓷电容 | 太阳诱电 | UMK105BJ224KV-F |
| 7 | 3 | C10、C11、C17 | 1000 n 尺寸
0603 16 V |
贴片陶瓷电容 | 东电化学 | C1608X7R1C105K080AC |
| 8 | 1 | C12 | 100 n 尺寸
0402 16 V |
贴片陶瓷电容 | 村田 | GCM155R71C104KA55D |
| 9 | 1 | C13 | 1 n 尺寸 0402
3.6 伏 |
贴片陶瓷电容 | 村田 | GRM155R61H102KA01D |
| 10 | 4 | C14、C15、C16、C22 | 100p 尺寸
0402 6.3 V |
贴片陶瓷电容 | 多压缩 | MC0402B101K250CT |
|
11 |
2 |
C20、C21 |
尺寸 0402 6.3 V | SMT陶瓷电容（未贴装） |
任何 |
|
| 12 | 1 | C23 | 10 µ 尺寸
0805 16 V |
贴片陶瓷电容 | 村田 | GRM21BR61C106KE15L |
| 13 | 1 | C24 | 10 n 尺寸
0402 6.3 V |
贴片陶瓷电容 | Wurth Elektronik | 885012205012 |
| 14 | 1 | D1 | STPS0560Z SOD-123 | 肖特基整流器 | ST | STPS0560Z |
| 15 | 1 | D2 | BZT585B12T SOD523 | SMD精密齐纳二极管 | 二极管公司 | BZT585B12T-7 |
| 16 | 5 | D3、D4、D5、D6、D7 | 1N4148WS SOD-323F | 小信号快速开关二极管 | 威世 | 1N4148WS-E3-08 |
|
17 |
3 |
D8、D9、D10 |
BZX585-C3V3 SOD-523 3.3V | 3.3 V 齐纳二极管 300mW（未安装） |
安世半导体 |
BZX585-C3V3 或
等效（NP） |
|
18 |
3 |
D11、D12、D13 |
BAT30KFILM SOD-523 30V | 小信号肖特基二极管（未安装） |
ST |
|
|
19 |
6 |
D14、D15、D16、D17、D18、D19 | BAT30KFILM SOD-523 30V | 小信号肖特基二极管 |
ST |
|
| 1 | D20 | IN4148WS SOD-323 75V | 通用二极管 | 威世 | 1N4148WS-E3-08 | |
| 20 | 1 | JP1 | 贴片跳线 | 任何 | ||
| 21 | 5 | J1，J2，J4，J5，J6 | 电镀孔 3 毫米 | 跳线 | 任何 |
| 物品 | 数量 | 参考。 | 零件/价值 | 描述 | 制造商 | 订购代码 |
|
22 |
1 |
J3 |
条带 2×10 2×10针 |
带状连接器 10×2 极，2.54 mm（未安装） |
任何 |
|
|
23 |
1 |
J7 |
条带 1×5
1×5针 |
带状连接器 5
杆，2.54 毫米（未安装） |
任何 |
|
|
24 |
1 |
J8 |
条带 1×2
1×2针 |
带状连接器 2
杆，2.54 毫米（未安装） |
任何 |
|
|
25 |
1 |
J9 |
条带 1×3
1×3针 |
带状连接器 3
杆，2.54 毫米（未安装） |
任何 |
|
|
26 |
1 |
L1 |
22 µF，580 mA，SMD 3 x
1.5 毫米 |
电感器 |
伯恩斯 |
SRN3015-220M |
|
27 |
1 |
Q1 |
STN3P6F6 SOT-223 |
P 通道 -60 V,
0.13 欧姆，-3 A STripFET F6 功率 MOSFET |
ST |
|
|
28 |
1 |
Q2 |
2N7002 SOT-23 | N 通道 60 V,
7.5 欧姆 MOSFET |
ST |
2N7002 |
|
29 |
6 |
Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8 |
STL180N6F7 |
N 通道 60 V,
1.9 mOhm、120 A STripFET F7 功率 MOSFET |
ST |
|
|
STL180N6F7 |
N 通道 60 V,
0.0012 欧姆典型值， 260 一个带状场效应管 F7 功率 MOSFET |
|
||||
|
30 |
2 |
R1，R2 |
100 k 大小
0402 1/16W 5 % |
贴片电阻 |
松下 |
ERJ2RKF1003X |
| 31 | 1 | R3 | 0 R 尺寸 0805
0.1 瓦 5 % |
贴片电阻 | 国巨 | RC0805JR-070RL |
| 32 | 1 | R4 | 大小0805 0.1
重量 5 % |
SMT 电阻器（未安装） | 任何 | |
|
33 |
2 |
R5，R41 |
100 k 大小
0402 1/16 宽 5 % |
贴片电阻 |
松下 |
ERJ2RKF1003X |
| 34 | 3 | R6，R8，R9 | 10 k 尺寸 0402 1/16 W 5 % | 贴片电阻 | 松下 | ERJ2RKF1002X |
| 35 | 1 | R7 | 15 k 尺寸 0402 1/16 W 5 % | 贴片电阻 | 威世 | CRCW040215K0FKED |
| 36 | 3 | R10，R11，R12 | 1 k 尺寸 0402 1/16 W 5 % | 贴片电阻 | 松下 | ERJ2GEJ102X |
|
37 |
1 |
R13 |
100 k 大小
0603 1/16W 5 % |
贴片电阻 |
TE Connectivity |
CRG0603F100K |
| 38 | 1 | R14 | 39k 尺寸 0402
1/16W 5% |
贴片电阻 | 威世 | CRCW040239K0FKED |
| 39 | 3 | R15，R16，R17 | 10k 尺寸 0402
0.1 瓦 5 % |
SMT 电阻器（未安装） | 任何 |
| 物品 | 数量 | 参考。 | 零件/价值 | 描述 | 制造商 | 订购代码 |
| 40 | 1 | R18 | 1k 尺寸 0402
1/16W 5% |
贴片电阻 | 松下 | ERJ2GEJ102X |
| 41 | 1 | R19 | 0 R 尺寸 0603
1/16W 5% |
贴片电阻 | 松下 | ERJ3GEY0R00V |
|
42 |
3 |
R20，R21，R22 |
2.2 k 尺寸 0402 0.1 W 5
% |
SMT 电阻器（未安装） |
任何 |
|
|
43 |
6 |
R23、R24、R25、R35、R36、R37 | 56 R 尺寸
0603 0.1 瓦 5 % |
贴片电阻 |
威世 |
CRCW060356R0FKEA |
| 44 | 2 | R26，R39 | 10 k 尺寸 0402 1/16 W 1 % | 贴片电阻 | 松下 | ERJ2RKF1002X |
| 45 | 1 | R27 | 0 R 尺寸 0603
0.1 瓦 5 % |
贴片电阻 | 松下 | ERJ3GEY0R00V |
| 46 | 2 | R28，R38 | 尺寸 0402 1/16 瓦 1 % | SMT 电阻器（未安装） | 任何 | |
| 47 | 2 | R29，R34 | 2 k 尺寸 0402 1/16 W 1 % | 贴片电阻 | 松下 | ERJ2RKF2001X |
|
48 |
3 |
R30，R31，R32 |
10 R 尺寸
0603 0.1 瓦 5 % |
贴片电阻 |
威世 |
CRCW060310R0FKEA |
|
49 |
1 |
R33 |
4.7 k 尺寸 0402 1/16 W 1
% |
贴片电阻 |
松下 |
ERJ2GEJ472X |
| 50 | 1 | R40 | 0.001R 尺寸 2512 3 W 1 % | 贴片电阻 | 伯恩斯 | CRE2512-FZ-R001E-3 或
相等的 |
|
51 |
7 |
TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6、TP7 | TP-SMD-
diam1_27mm 铜垫 |
贴片焊盘 |
任何 |
|
|
52 |
1 |
U1 |
STSPIN32F0B VFQFPN48 7x7x1毫米 |
具有嵌入式 STM32 MCU 的高级单分流 BLDC 控制器 |
ST |
|
|
53 |
1 |
3386W-1-503L 型号 |
电位器，50Kohm，通孔，3386微调电位器系列 |
伯恩斯 |
3386W-1-503LF |
|
| 54 | 1 | 散热器-29×2 9×8 mm | 散热器 - 29x29x 8 毫米 | 菲舍尔电子 | ICK 贴片 E 29 SA | |
|
55 |
1 |
印刷电路板 |
30x70x1.55米
米 30x70x1.55m m |
4 层 FR4-PCB cu 厚度 70 微米，内层 35 微米 |
任何 |
|
|
56 |
4 |
3x8毫米 3x8毫米 |
Vite metrica cilindrica M3 RS PRO，Acciaio，8 毫米 |
伍尔特 |
00463 8 |
|
| 57 | 4 | 7X3.2X0.5毫米
7X3.2X0.5毫米 |
尼龙 6/6 UL94- V2 | 牛排 | 5021/1 | |
|
58 |
1 |
3.2 W/m*K 150x150x0.5 mm 自粘 |
热界面片 |
RS专业版 |
707-4645 |
修订历史
表 6. 文档修订历史
| 日期 | 版本 | 更改 |
| 02 年 2020 月 XNUMX 日 | 1 | 初始版本。 |
| 14 年 2021 月 XNUMX 日 | 2 | 更新了第 1.1 节安全注意事项、第 3 节如何使用电路板和第 4 节原理图。 |
| 03 年 2021 月 XNUMX 日 | 3 | 更新了介绍、硬件和软件要求以及如何使用该板。 |
| 11 年 2021 月 XNUMX 日 | 4 | 更新 第 4 节 示意图. |
重要提示–请仔细阅读
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ST com SL-PTOOL1V1 紧凑型参考设计，适用于低音量tage 无刷电动工具 [pdf] 用户手册 SL-PTOOL1V1，用于低音量的紧凑型参考设计tage 无刷电动工具，紧凑型参考设计，SL-PTOOL1V1，参考设计 |
