初学者
10 分钟

使用VNF1048F和STM32F410RB在汽车电源分配系统中实现可靠的负载管理

带有智能电子保险丝保护的高端开关控制器

SolidSwitch 6 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 24, 2024

点击板

SolidSwitch 6 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

确保汽车电力分配系统中的负载管理安全可

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

SolidSwitch 6 Click 基于来自 STMicroelectronics 的 VNF1048F,这是一个用于汽车应用的高侧开关控制器。该智能控制器设计用于以高侧配置驱动外部 MOSFET,非常适合 12V、24V 和 48V 的电力分配系统。其关键特性是智能电子熔断保护,提供可靠的过流保护,特别适用于安全性和性能至关重要的汽车环境,如汽车、卡车及其他车辆中的负载管理。该板支持 6V 至 48V 的外部电源电压,适用于多种电源应用,集成的 VIN 绿色 LED 指示器显示外部电源是否处于激活状态。VNF1048F 的核心功能是通过先进的过流保护机制替代传统的高电流汽车保险丝,能够检测并响应过量电流以保护连接的系统。它配备了一个

集成的栅极驱动器,用于控制外部 MOSFET(Q2 STL130N8F7),用于负载控制。负载连接通过 VOUT 端子实现,绿色 LED 用于指示负载控制的激活状态。此外,SolidSwitch 6 Click 集成了 NTC(负温度系数)电阻器,用于监测外部 MOSFET 的温度,确保安全操作。VNF1048F 提供多种保护功能,包括电池欠压关闭、可配置的外部 MOSFET 去饱和关闭以及硬短路锁定关闭。它还能够防止设备和外部 MOSFET 过热,在温度过高时自动关闭。尽管具备强大的功能,SolidSwitch 6 Click 具有非常低的待机电流,确保即使在对电力敏感的应用中也能正常运行。VNF1048F 通过 3.3V 和 5V CMOS 兼容的 SPI 接口

与主控 MCU 通信,实现系统保护和诊断。除了 SPI 接口引脚外,该板还使用了其他 mikroBUS™ 插槽引脚,如 DGN 引脚用于诊断反馈,HWL 引脚触发状态,防止寄存器被写入,从而增强系统安全性并防止意外的配置更改。该板还包括一个未焊接的 V3 接头,用于访问 3.3V 内部 LDO 电压调节器的输出,适用于逻辑和 I/O 供电。此 Click 板™ 可通过 VIO SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压级别,从而使 3.3V 和 5V MCU 能够正确使用通信线路。此外,该 Click 板™ 配备了一个库,包含易于使用的功能和示例代码,可作为进一步开发的参考。

SolidSwitch 6 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB 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 STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

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

Wire Jumpers Male to Male (15 cm length, 10pcs) 是一组高质量的跳线,专为便捷的原型设计和测试而设计。每根线长 15 厘米,两端配有公连接器,方便在面包板或其他电子项目中连接组件。该套装包括十根不同颜色的跳线,便于电路中的清晰标识和组织。这些跳线非常适合 DIY 项目、设置以及其他需要快速、可靠连接的电子应用。

SolidSwitch 6 Click accessories 1 image

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
Register Write Lock
PC8
PWM
Diagnostic Feedback
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

SolidSwitch 6 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 STM32F410RB 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
Board mapper by product8 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 SolidSwitch 6 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • solidswitch6_get_vout - 此函数使用 SPI 串行接口读取原始 ADC 值并将其转换为与电压成比例的电压水平。

  • solidswitch6_set_control - 此函数使用 SPI 串行接口写入控制寄存器以配置开关控制器。

  • solidswitch6_get_device_temp - 此函数使用 SPI 串行接口读取原始 ADC 值并将其转换为设备温度(摄氏度)。

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 SolidSwitch 6 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for the SolidSwitch 6 Click driver 
 * and demonstrate uses of the high-side switch controller with intelligent fuse protection.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of the SPI module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The demo application reads and displays the device temperature 
 * and voltage level of the current sense amplifier, NTC, and output voltage measurement.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "solidswitch6.h"

static solidswitch6_t solidswitch6;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    solidswitch6_cfg_t solidswitch6_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.
    solidswitch6_cfg_setup( &solidswitch6_cfg );
    SOLIDSWITCH6_MAP_MIKROBUS( solidswitch6_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == solidswitch6_init( &solidswitch6, &solidswitch6_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( SOLIDSWITCH6_ERROR == solidswitch6_default_cfg ( &solidswitch6 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, " ______________________\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    float app_buf = 0;
    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_device_temp( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Temperature: %.2f [degC]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_vntc( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " NTC: %.2f V\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_vout( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Vout: %.2f V\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    if ( SOLIDSWITCH6_OK == solidswitch6_get_vds( &solidswitch6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " VDS: %.2f V\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 100 );
    }

    log_printf( &logger, " ______________________\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

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