ST 电机控制工作台帮助文档翻译 之 STM32F3x 的 OCP 和 OVP（嵌入式 PGA 的电流检测和保护）_stm32 pga

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索引

• 介绍
• 电流检测
• 过流保护
• 资源分配 - 单驱动
• 资源分配 - 双驱动

介绍 [顶部]

STM32F302xB/C 或 STM32F303xB/C 微控制器具有增强型外设，包括比较器，PGA，DAC 和高速 ADC。本节介绍如何根据 MC 库提供的内容使用这些外围设备。

图1 显示了可以使用 STM32F302/303 的内部资源实现的电流检测和过流保护方案。由于电机相电流，分流电阻上的压降可以是正的也可以是负的，R1 和 R2 设置偏移。该信号链接到微控制器输入引脚，该引脚具有放大器和比较器非反相功能。

图1 采用 STM32F302/303 的电流检测网络和过流保护

这种使用 STM32F3 的优化配置减少了所使用的外部元件数量，并减少了分配给 MC 应用的微控制器引脚。

电流检测 [顶部]

为了最大化测量的分辨率，PGA 可用于调整由电机电流引起的分流电阻（Rshunt）中的电压降水平，直至模数转换器（ADC）允许的最大范围）。

PGA 具有一组固定的内部增益（x2，x4，x8，x16）。PGA 模式中的备选选项允许您在连接到同相输入的 I/O 之一上布置电阻网络的中心点。例如，此功能可用于向 PGA 添加低通滤波器，例如图3所示。

另一方面，如果需要不同的放大值，则可以定义扩增网络（例如图2所示）。

图2 电流传感网络使用外部增益

可以安排 MC 库以匹配所示的所有配置。在控制阶段的对话窗口 -> 模拟输入 -> 相电流反馈（图4）中，设置：

• “嵌入式 PGA”作为电流感应拓扑；
• PGA 内部增益（如图1所示）：在“OPAMP Gain”下拉列表中设置“Internal”；
• PGA 外部增益（如图2所示）：在“OPAMP Gain”下拉列表中设置“External”；
• 带外部滤波电容的 PGA 内部增益（如图3所示）：在内部设置“Internal”；
• “OPAMP Gain”下拉列表并选中同一组中的“反馈网络过滤”复选框。

 

由于配置适用于每个分流电阻调节网络，因此每个驱动器的工作台中只有一个设置。

图3 电流检测网络使用内部增益加滤波电容

另一方面，可以设置电动机电流测量网络以使用外部运算放大器。在这种情况下，放大的信号直接馈送到 ADC 通道。在位于控制级的对话窗口 -> 模拟输入 -> 相电流反馈中，将“外部 OPAMP”设置为电流感应拓扑。

图4 STMCWB 窗口与电机电流的 PGA/COMP 设置有关

过流保护 [顶部]

硬件过流保护机制的基本原理可归纳如下：

• 电动机的相电流在逆变桥的功率晶体管中流动并通过分流电阻器（RShunt）产生电压降（V +）。
• 将该电压降与限定最大容许电流的阈值（V-）进行比较。
• 如果超过阈值，则中断信号将停止 PWM 生成，从而使系统处于安全状态。

所有这些操作都可以使用 STM32F302/303 的内部资源执行，特别是嵌入式比较器和高级定时器中断功能（BRK2）。如图1，图2和图3所示，相同的信号被馈送到嵌入式比较器和 PGA 的非反相输入。

过流阈值（V-）可以用三种不同的方式定义：

• 使用其中一个可用的内部参考电压（1.2V，0.9V，0.6V，0.3V）;
• 使用比较器的反相输入引脚在外部提供;
• 编程 DAC 通道。

可以安排 MC 库以匹配使用 ST MC Workbench 显示的所有配置，从位于控制阶段 -> 模拟输入 -> 模拟电流反馈的对话窗口创建基于 STM32F302xB/C 或 STM32F303xB/C 的项目（图4），设置：

• “嵌入式 HW OCP”单选按钮作为过流保护拓扑;
• HW OCP 内部阈值：在“反相输入”下拉列表中选择“内部”，并在“电压阈值”中选择内部参考电压（在可用值中）。
• HW OCP 外部阈值：在“反转输入”下拉列表中选择“外部”，并在“电压阈值”中编辑外部参考电压。
• 使用 DAC 的 HW OCP 内部阈值：在“反转输入”下拉列表中选择“DAC”，并编辑要在“电压阈值”中生成的 DAC 参考电压。必须从位于控制级 -> DAC 功能的相关对话窗口为此功能（OCP）分配 DAC 通道（图7）。

另一方面，可以设置电动机过电流保护网络以使用外部组件。在这种情况下，来自比较器的过流保护信号直接馈入高级定时器的 BKIN2 引脚。通过使用 ST MC Workbench，从位于控制级 -> 模拟输入 -> 相电流反馈的对话窗口创建基于 STM32F302 或 STM32F303 的项目，将“外部保护”设置为 OCP 保护拓扑。

在任何情况下，无论是使用嵌入式比较器还是外部组件，都可以启用并配置 BKIN2 功能上游的数字滤波器以抑制噪声。

资源分配 - 单驱动 [顶部]

对于基于 STM32F302xB/C 或 STM32F303xB/C 的项目，STM32 FOC SDK 3.4 支持的电流反馈网络配置为单分流和三分流。

“单分流”拓扑结构

根据配置（如"电流检测"和"过流保护"部分所述），必须分配一个 ADC，OPAMP，比较器，DAC 通道。

• 如果使能“嵌入式 PGA”，则 ADC 外设（和输入引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设。
• 如果使能“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”，则 ADC 和比较器（及其输入和“+”引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设（及其“+”输入）。
• 如果启用“嵌入式 HW OCP”并禁用“嵌入式 PGA”，则比较器的选择是免费的。
• 如果“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”都被禁用，则比较器和 ADC 的选择是免费的。
• 如果使用 PGA 和用于 OC 保护的比较器，它们将共用相同的输入引脚用于电机电流测量信号。

“三个分流”拓扑结构

根据配置（如"电流检测"和"过流保护"部分所述），必须分配2个 ADC，2个 OPAMP，3个比较器，1个 DAC 通道。

• 如果使能“嵌入式 PGA”，则 ADC 外设（和输入引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设。
• 如果启用“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”，则 ADC 和比较器（及其输入和“+”引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设（及其“+”输入）。
• 如果启用“嵌入式硬件 OCP”并禁用“嵌入式 PGA”，则比较器的选择是免费的。
• OPAMP1/OPAMP2 对可用于基于 STM32F302 或 STM32F303 的项目中; OPAMP3/OPAMP4 对可以在基于 STM32F303 的项目中另外使用。如果“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”都被禁用，则比较器和 ADC 的选择是免费的。
• ADC1/ADC2 对可用于基于 STM32F302 或 STM32F303 的项目中; ADC3/ADC4 对可以在基于 STM32F303 的项目中另外使用。
• 如果使用 PGA 和用于 OC 保护的比较器，它们将共用相同的输入引脚用于电机电流测量信号。

资源分配 - 双驱动 [顶部]

可以使用STM32F303微控制器设计双驱动项目。STM32 FOC SDK 3.4 支持的电流反馈网络配置是单分流和三分流。

允许使用双单分流驱动器，双三分流驱动器和混合“单加三分流”驱动器。

不允许在“单个并联驱动器”和“三个并联驱动器”之间共享外围设备。

不允许在两个“单个分流驱动器”之间共享外围设备。

允许以下面表达的形式共享两个“三个分路驱动器”之间的外围设备。

双“单分流”拓扑结构

对于每个电机，根据配置（如"电流检测"和"过流保护"部分所述），必须分配一个 ADC，OPAMP 和比较器。

• 如果使能“嵌入式 PGA”，则 ADC 外设（和输入引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设。
• 如果启用“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”，则 ADC 和比较器（及其输入和“+”引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设（及其“+”输入）。
• 如果启用“嵌入式 HW OCP”并禁用“嵌入式 PGA”，则比较器的选择是免费的。
• 如果“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”都被禁用，则比较器和 ADC 的选择是免费的。
• 如果使用 PGA 和用于 OC 保护的比较器，它们将共用相同的输入引脚用于电机电流测量信号。

“三分流”拓扑与“单分流”拓扑混合在一起

根据配置（如"电流检测"和"过流保护"部分所述），必须分配2个 ADC，2个 OPAMP，3个比较器，1个 DAC 通道。

• 如果使能“嵌入式 PGA”，则 ADC 外设（和输入引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设。
• 如果启用“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”，则 ADC 和比较器（及其输入和“+”引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设（及其“+”输入）。
• 如果启用“嵌入式硬件 OCP”并禁用“嵌入式 PGA”，则比较器的选择是免费的。
• 如果禁用“嵌入式硬件 OCP”和“嵌入式 PGA”，则比较器和 ADC 的选择是免费的。
• OPAMP1/OPAMP2 对可用于基于 STM32F302 或 STM32F303 的项目中; OPAMP3/OPAMP4 对可以在基于 STM32F303 的项目中另外使用。
• ADC1/ADC2 对可用于基于 STM32F302 或 STM32F303 的项目中; ADC3/ADC4 对可以在基于 STM32F303 的项目中另外使用。
• 如果使用 PGA 和用于 OC 保护的比较器，它们将共用相同的输入引脚用于电机电流测量信号。

双“三分流”拓扑，不是共享资源

根据配置（如"电流检测"和"过流保护"一节中所述），必须分配4个 ADC，4个 OPAMP，6个比较器，2个 DAC 通道。

• 如果使能“嵌入式 PGA”，则 ADC 外设（和输入引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设。
• 如果启用“嵌入式 HW OCP”和“嵌入式 PGA”，则 ADC 和比较器（及其输入和“+”引脚）的选择将链接到此特定 PGA 外设（及其“+”输入）。
• 如果启用“嵌入式硬件 OCP”并禁用“嵌入式 PGA”，则比较器的选择是免费的。
• 如果禁用“嵌入式硬件 OCP”和“嵌入式 PGA”，则比较器和 ADC 的选择是免费的。
• OPAMP1/OPAMP2 可以在基于 STM32F302 或 STM32F303 的项目中使用; OPAMP3/OPAMP4 对可以在基于 STM32F303 的项目中另外使用。
• ADC1/ADC2 对可用于基于 STM32F302 或 STM32F303 的项目中; ADC3/ADC4 对可以在基于 STM32F303 的项目中另外使用。
• 如果使用 PGA 和用于 OC 保护的比较器，它们将共用相同的输入引脚用于电机电流测量信号。

双“三分流”拓扑，共享资源

如果两个驱动器都是三个分流器，则可以共享 ADC 和/或 PGA 以执行电机电流测量。要做到这一点，必须同时使用外部运算放大器或两者都使用嵌入式 PGA 进行电机电流测量信号放大。用户可以在 ST MC Workbench 中单击控制阶段 -> 模拟输入中的“共享资源”复选框。

如果共享资源已确定且使用外部运算放大器，则可以将 ADC1/ADC2 对或 ADC3/ADC4 对用于两个驱动器。在这种情况下，ST MC Workbench 将为电机电流测量提出允许的输入引脚。

如果已结算共享资源并使用嵌入式 PGA，则使用以下配置：

• 使用 OPAMP1/OPAMP3，
• OPAMP 收益只是“内部”，
• 不允许使用外部电容滤波器，
• 输入引脚分别为：PA5，PA7 和 PB13 分别为电机1的 U，V，W 和 PA1，PA3 和 PB0，分别为电机2的 U，V，W。

在这种情况下，如果硬件过流保护由内部比较器管理，则必须将引脚 PA3 与引脚 PB14 或 PD14 中的一个外部连接，并将引脚 PA5 与引脚 PB11 或 PD11 中的一个外部连接。所选引脚可以在控制级 -> 模拟输入 -> 相电流反馈 -> 保护的工作台中进行设置。

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