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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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                                                                                                                                            ST 电机控制工作台
                                                                                                                      嵌入式 PGA 的电流检测和保护

索引

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""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""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""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""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""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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