中级
20 分钟

使用TB9083FTG和STM32F103RB在苛刻的汽车应用中控制无刷直流电机

用于无刷(BLDC)电机控制的汽车GATE驱动器

Brushless 30 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Brushless 30 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

精准可靠地控制您的无刷直流电机,即使在最严苛的汽车环境中,也能确保安全性能

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 30 Click基于Toshiba Semiconductor的TB9083FTG栅极驱动IC,专为汽车环境设计,符合AEC-Q100和AEC-Q006标准。该Click板™充分利用了TB9083FTG的功能,具有三相BLDC预驱动器,通过六个板载外部MOSFET(TPH1R104PB)控制无刷电机。此外,它集成了安全继电器预驱动器,增加了额外的保护层。TB9083FTG还包含内置电荷泵、可调节的每个电机相位电流检测放大器和振荡器电路,并通过SPI通信接口,简化了配置和与主MCU的通信。为了确保可靠的性能,TB9083FTG提供了多种错误检测功能,包括欠压、过压、过温和外部MOSFET保护,使Brushless 30 Click成为诸如电动助力转向(EPS)、电动刹车和泵等汽车电机控制应用的可靠选择。该Click板™支持多种外部电源,输入电压范围为4.5V至28V,通过前端的接线端子接入电源。它可

以提供高达10A的峰值输出电流,为连接到底部端子的BLDC电机提供强大的驱动力。板上还通过未焊接的J1连接器提供专用引脚,用于连接驱动设备提供的6个PWM信号,驱动连接到Brushless 30 Click板™端子的BLDC电机。正如前面提到的,Brushless 30 Click通过4线SPI接口与主MCU通信,支持最高2MHz的时钟频率,确保数据传输的快速可靠。SPI接口允许修改设置,如触发阈值和响应动作。除了接口引脚外,板上还使用了mikroBUS™插座上的两个其他引脚。ALR引脚用于在检测到异常情况时打开或关闭电机驱动和安全预驱动电路。该引脚连接到一个红色的ALR LED指示灯,用于提供此类情况的视觉警报。同样,DAG引脚作为TB9083FTG的诊断输出,提供有关是否检测到错误状况的信息。该引脚连接到一个橙色的DAG LED指示灯,用于直观地显示诊断状态。除了J1连接

器外,该板还包含几个未焊接的连接器,提供额外的功能。AxO(J3)连接器连接到电流检测电路,该电路具有三个电机电流检测放大器。这些输出可以放大通过与电机驱动连接的分流电阻的电流引起的差分电压,从而提供精确的电流测量。SRxO(J4)连接器连接到安全继电器预驱动器,控制连接到此未焊接连接器的电源或电机继电器。安全继电器预驱动器电路通过CP_RLY_CTRL SPI寄存器管理,并包含内置的500Ω电阻和防反向连接的二极管。该Click板™可以通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电平运行。这样,支持3.3V和5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Brushless 30 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

带有霍尔传感器的无刷直流 (BLDC) 电机是来自 42BLF 电机系列的高性能电机。该电机采用星形配置布线,具有 120° 的霍尔效应角度,确保精确和可靠的性能。电机长度紧凑,仅为 47mm,重量轻巧,仅 0.29kg,专为满足您的需求而设计。在 24VDC 额定电压和 4000 ± 10% RPM 速度范围内,电机能够平稳运行,提供持续稳定的动力。它在 -20 到 +50°C 的正常工作温度范围内表现出色,保持了 1.9A 额定电流的高效运行。此外,该产品能够与所有 Brushless Click boards™ 以及需要配备霍尔传感器的 BLDC 电机的应用无缝集成。

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
ID SEL
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Pre-Driver Enable / Alarm
PC8
PWM
Diagnostic Output
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 30 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Brushless 30 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless30_write_reg - 此函数通过SPI串行接口将数据字写入选定寄存器。

  • brushless30_read_reg - 此函数通过SPI串行接口从选定寄存器读取数据字。

  • brushless30_get_diag_pin - 此函数返回DIAG引脚的逻辑状态。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Brushless 30 Click example
 *
 * # Description
 * This example configures the Brushless 30 click board and makes it ready for
 * the motor control over 6 PWM input signals.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Monitors the DIAG pin state, displays the STAT1 and STAT2 registers on the USB UART,
 * and clears the set flags.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless30.h"

static brushless30_t brushless30;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless30_cfg_t brushless30_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    brushless30_cfg_setup( &brushless30_cfg );
    BRUSHLESS30_MAP_MIKROBUS( brushless30_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == brushless30_init( &brushless30, &brushless30_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS30_ERROR == brushless30_default_cfg ( &brushless30 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, " Click is configured successfully.\r\n" );
    log_printf( &logger, " Apply a 6 PWM signals to UVW H/L pins to drive the motor.\r\n" );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint16_t status = 0;
    if ( !brushless30_get_diag_pin ( &brushless30 ) )
    {
        if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_read_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT1, &status ) )
        {
            if ( status )
            {
                log_printf( &logger, " STAT1: 0x%.4X\r\n", status );
                if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_write_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT1, status ) )
                {
                    log_printf( &logger, " STAT1: cleared\r\n" );
                }
            }
        }
        
        if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_read_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT2, &status ) )
        {
            if ( status )
            {
                log_printf( &logger, " STAT2: 0x%.4X\r\n", status );
                if ( BRUSHLESS30_OK == brushless30_write_reg ( &brushless30, BRUSHLESS30_REG_STAT2, status ) )
                {
                    log_printf( &logger, " STAT2: cleared\r\n" );
                }
            }
        }
        
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

喜欢这个项目吗?

'购买此套件' 按钮会直接带您进入购物车,您可以在购物车中轻松添加或移除产品。