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）

68 阅读 0 评论 45 点赞

我是靠谱客的博主忧心小蝴蝶，最近开发中收集的这篇文章主要介绍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），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

ST 电机控制工作台
嵌入式 PGA 的电流检测和保护

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：