STSPIN32F0采用嵌入式ST MCU的多功能电机控制

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 是 ST 的首款系统级封装 （SiP），结合了三相 BLDC（无刷直流）电动机驱动器和 STM32 Cortex-M0 微控制器 （MCU）。无论我们谈论的是智能工业、无人机还是3D 打印机，仅举几例，电机控制都是塑造我们这个十年的许多创新的核心。然而，工程师面临的最重大挑战之一是他们必须提高设计的智能性，同时缩小最终产品的尺寸。这通常意味着添加更多组件以增加计算吞吐量，同时使电路板更小且电气效率更高。

因此，STSPIN32F0和STSPIN32F0A是真正独特的解决方案，可以克服这种折衷，这要归功于它们的微型 7 mm x 7 mm 封装，其中包含模拟和数字 IC。基本含义是智能现在更接近电机并且独立于中央计算单元。因此，该设计更加灵活和自主，从而提高了性能和诊断能力，因为它可以实时响应外部事件。

这两种电机控制都非常引人注目，因为它们包括一个具有 600 mA 电流吸收和源电流的三相栅极驱动器、运算放大器以及一个比较器。在数字方面，ST 使用其STM32F031C6，其运行频率为 48 MHz，并提供 4 KB 具有硬件奇偶校验功能的 SRAM 以及用于运行应用程序的 32 KB 闪存。该器件还具有 16 个 GPIO 端口，并与当今一些最抢手的接口兼容，例如 I2C、SPI 和 USART。所选择的 STM32 MCU 也是独一无二的，因为它的温度范围非常宽（介于 –40 ºC 和 +125 ºC 之间），确保 STSPIN32F0 可以在非常多的情况下工作。

为什么是单片机？

STSPIN32F0 的主要模块

ARMv7 微控制器为设计增加了极大的灵活性。以前，工程师必须要么添加一个外部处理器，使他们的电路板更加复杂、昂贵和耗电，要么接受严格的限制。由于 STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 的效率和尺寸，它们现在可以两全其美。例如，MCU 的存在意味着工程师无需任何额外组件即可快速使用矢量控制（也称为磁场定向控制或 FOC）。 这种方法显着提高了精度，并且在使用无传感器 BLDC 电机时是绝对必须的。简而言之，FOC 使用相位上的电流来创建由两个坐标系（α 轴和 β 轴）表示的定子参考系。然后，算法生成一个向量，该向量以高精度表示应用于转子的运动。

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 中的 STM32 MCU 在实现经常被忽视但在智能行业中绝对重要的安全功能方面也至关重要。入侵机器人的应用程序可能会严重损害工厂的运营，例如，不仅会造成财务损失，还会造成人身伤害。这就是为什么使用的 MCU为 Flash 存储器提供读写保护模式的原因。在生产过程中，ST 在系统内存中对引导加载程序进行编程，以防止其受到回火的影响。然后，工程师只需遵循组件的文档，就可以选择他们熟悉的保护级别 。

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 怎么能如此通用？

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 令人印象深刻的另一个原因是它们可以用于许多不同的设备。从厨房机器人到电动工具，从便携式真空吸尘器到干手器，或者从咖啡机到工业应用，它们的模拟 IC 旨在适应广泛的用例。例如，STSPIN32F0 可接受低至 8 V 或高至 45 V 的工作电压。另一方面，STSPIN32F0A 的工作电压为 6.7 V，这 使其适用于电池供电的应用，相当于两个LiPo（锂聚合物）电池。此外，使用 DC/DC 降压转换器时，两者均可输出 3.3 V，使用 LDO 线性稳压器时可输出 12 V。

除了不同的工作电压外，STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 的运算放大器（op-amps）也有所不同。前者使用四个轨到轨运算放大器和专用解码逻辑来支持使用模拟霍尔效应传感器的电机。另一方面，知道自己的设计永远不需要模拟霍尔效应传感器的工程师可以倾向于 STSPIN32F0A。它的三个轨到轨运算放大器将提供检测分流电阻器电流所需的所有信号调理。

内置许多安全功能

STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 还具有各种功能，旨在保护系统免受故障影响，无论应用如何。例如，DC/DC 和 LDO 稳压器旁边的热传感器在过热时会触发关机。同样，模拟 IC 集成了一个防止过流的比较器，并且可以使用 MCU 设置电流阈值以使其适应特定的用例。最后，所有电源都有欠压锁定 （UVLO） 保护。这在电池供电的设备中尤为重要，因为未能快速适应源的低电平可能会损坏某些组件。

此外，STSPIN32F0A 还引入了可通过串行接口访问的片上引导加载程序。它的存在意味着工程师可以在现场下载或上传他们的固件，以添加功能或即时纠正错误，使任何补丁或升级部署变得轻而易举。此外，如果团队最终设计连接设备，他们可以实施无线更新。因此，如果存在安全漏洞，维护人员可以更快地响应漏洞。

ST 生态系统

为了帮助开发人员快速启动他们的原型，ST 推出了STEVAL -SPIN3201，这是一款包含 STSPIN32F0 的评估板，以及包含 STSPIN32F0A的STEVAL- SPIN3202。两者都使用STD140N6F7 MOSFET。与竞争对手相比，这是一个巨大的优势，因为工程师不必先提出电路板，然后开始为其开发，工程师可以立即处理他们的应用程序，并使用更少的迭代更快地调整他们的最终设计，从而减少时间市场。此外，ST-LINK-V2 确保所有调试操作和固件上传到电路板只需要使用提供的 USB 连接器将其链接到 PC。

ST 还以STSW-STM32100 SDK的形式提供其磁场定向控制算法的开源版本，远远超越其竞争对手。因此，STSPIN32F0 和 STSPIN32F0A 不仅可以轻松实现矢量控制，而且由于开发人员可以访问实现本身，因此事情变得更加简单。STSPIN32F0 还有一个开源固件示例，即STSW-SPIN3201，带有预编译的二进制文件，以确保团队无需输入任何代码即可开始测试电路板。该软件包括一个图形用户界面，因此工程师只需键入其设备的参数并自动生成头文件。

审核编辑：郭婷