意法半导体STSPIN32G4重塑电机控制技术创新

如今，工程师在设计电机控制应用时面临着不少挑战。他们希望性能更强大的同时还能缩小PCB尺寸并降低成本。此外，应用对效率的要求越来越高，但即便是小幅提升效率依然有很大难度。因此，ST推出了STSPIN32G4——目前唯一一款集成了强大的主流MCU和灵活的电源管理系统的电机控制器，以有效应对这些设计难题。

STSPIN32G4将三相门极驱动器、STM32G431 MCU和电源管理系统集成于一体，成功解决了重大的工程挑战，解锁了更多新的应用场景。

第一大挑战：

以更小尺寸实现更强大性能

■一体集成，性能飞跃：小身材释放大能量

STSPIN32G4内置的MCU凭借卓越算力，为高端吸尘器高速电机这一场景带来更强大的性能。在设计无传感器磁场定向控制（FOC）应用时，如果CPU内核性能不足，转换速率会降低。工程师需要使用两到三个分流电阻来弥补MCU的性能短板。而STSPIN32G4凭借更强的算力，仅需一个分流电阻即可完成任务。因此，STSPIN32G4能够以更少的元器件实现更强大的性能，显著简化设计并提升效率。

▲STSPIN32G4

■一颗芯片多面手：满足多元外设需求

STSPIN32G4内置的MCU还很受研发协作机器人或导引车的团队欢迎，原因不仅在于其更高的DMIPS性能，还在于其丰富的外设资源。在这种场景下，工程师需要驱动两组轮子，但传统的电机控制器没有足够的ADC来应对这一需求，只能使用两个电机驱动器。而STSPIN32G4提供了两组PWM定时器和12位ADC等资源，仅用一颗芯片就能同时驱动两个电机，不仅简化了设计，还降低了系统复杂性和成本。

■集成优势尽显：空间节省高达65%

STSPIN32G4的高度集成特性是解决空间难题的理想方案。出于对便捷性、成本的考虑，或为了在市场中脱颖而出，电机控制应用的产品尺寸越来越小。与采用分立元件搭建的解决方案相比，STSPIN32G4出色的集成特性能将整体设计尺寸缩减65%。这样工程师就可以将控制系统安置在电机的后部，设计出体积更小巧的电动自行车、吸尘器、电动工具等各类产品。

第二大挑战：

降低成本同时更节能

■更高效的电源管理：降功耗又省成本

据基准测试结果显示，与采用外部组件搭建的系统相比，STSPIN32G4可使整体功耗降低3%至5%。即使只降低1%，也会给应用带来可观的影响。ST通过一款极低静态电流的稳压器，成功将典型待机功耗降至15µA，从而实现了出色的电源效率。这能帮助工程师们打造出更精巧紧凑的设计方案，而且无需配备外部冷却系统，因此物料清单（BoM）成本也随之降低。

此前，系统最高仅支持48V电源电压，而STSPIN32G4最高可支持75V。此外，它还配备了过流保护机制及作为冗余措施的漏源电压（VDS）监测系统。该系统会监测外部MOSFET，一旦检测到过压情况，就会关闭所有栅极驱动器的输出。连接到电网的大型家用电器经常受到市电电压大幅波动的影响。而这款新器件更宽的电源电压范围和保护功能能更好地应对这些异常情况。

■更灵活的电源管理：适配多样应用场景

工程师们在选择高度集成的解决方案时会有所顾虑，担心无法在此基础上进行差异化设计。因此，ST为用户提供了高度可定制性。比如，开发人员可借助I2C接口对寄存器编程，以使用STSPIN32G4的VCC降压转换器。此外，ST还发布了一份应用说明，讲解了如何通过增添外部组件，将降压稳压器应用于降压 - 升压配置之中。所以，工程师们可以绕开降压稳压器和低压差（LDO）稳压器，仅依赖外部的VCC电源供电。

如果用户为满足严格应用需求设计了高精度电源，可以忽略STSPIN32G4内置的稳压器。而其他用户则可利用其VCC降压转换器为外部组件（如存储模块）供电，从而简化设计。此外，开发者还可以根据需要启用或禁用待机模式。这一特性对于电动工具等产品非常重要。例如，当用户隔几个月甚至几年再次拿起电钻时，肯定希望电钻立刻能用。这种情况下，工程师希望将系统与电池完全断开，以最大限度地延长电池寿命。

工程师在电机驱动方面也获得了更大的灵活性。他们可以选择使用6步驱动电路或磁场定向控制（FOC），无论是带传感器还是无传感器模式，甚至可以选择使用一个、两个或三个分流电阻。这种灵活性使开发者能够根据需求控制测量数据的采集量。因此，STSPIN32G4可适用于多种不同的应用场景，帮助企业缩短产品上市时间并优化运营效率。

■开发利器助力：快速启动设计之旅

ST推出了两款开发板，以帮助开发团队测试和验证STSPIN32G4。其中，EVSPIN32G4开发板采用了STL110N10F7功率MOSFET并配备了散热器，支持高达20A RMS的输出电流，使团队能够开发更高性能的设计。同时，考虑到并非所有设计者都会将STSPIN32G4用于高功率系统，ST又推出了EVSPIN32G4NH开发板。这款开发板与EVSPIN32G4类似，但去掉了被动冷却功能（NH表示“无散热器”）。此外，ST还更新了X-CUBE-MCSDK，以支持这些新开发板和器件，为开发者提供更全面的工具支持。

▲EVSPIN32G4

最近，ST还发布了两款参考设计。其中，EVLSPIN32G4-ACT能够驱动三相无刷电机，支持高达5A RMS的电流和48V输入电压，在62mm x 50mm的电路板上实现250W总功率。此外，它还可以连接到STWIN.box（STEVAL-STWINBX1），快速构建一个高速数据记录器。工程师可借助FP-IND-DATALOGMC软件包和快速入门指南，按照步骤连接两块开发板，运行能够从STWIN.box上的传感器及电机本身收集数据的应用程序。ST还提供了一个GUI界面，帮助用户直观地查看和分析数据。

▲EVLSPIN32G4-ACT

另一款开发板是EVSPIN32G4-DUAL，集成了STSPIN32G4和STDRIVE101（一款三相半桥门极驱动器）。该开发板具备双功率级设计，能够驱动两个三相无刷电机，支持高达10A RMS输出电流和74V电源输入。借助STSPIN32G4的运算放大器，可以实现单分流电阻电流检测的无传感器FOC控制，或结合嵌入式MCU使用霍尔传感器和编码器。总之，这款参考设计展示了如何以紧凑尺寸实现强大的双电机应用，适用于家电、电动出行设备、泵、工具等领域。

▲EVSPIN32G4-DUAL