EVSPIN32G4-DUAL双电机驱动演示板技术解析

STMicroelectronics EVSPIN32G4-DUAL演示板基于STSPIN32G4和STDRIVE101，用于使用两个三相无刷电机的应用。STSPIN32G4采用系统级封装，集成到9mm x 9mm VFQFPN封装，三重高性能半桥栅极驱动器（具有丰富的可编程特性）和一个混合信号STM32G431微控制器中。STDRIVE101是一款三半桥栅极驱动器，采用紧凑型4mm x 4mm VFQPN封装，具有600mA电流能力和嵌入式保护功能。

数据手册：*附件：STMicroelectronics EVSPIN32G4-DUAL演示板数据手册.pdf

两个功率级MOSFET基于STL110N10F7功率，可同时运行高达10Arm输出电流和74V电源。该特性提供专用温度和总线电压监控、功率MOSFET漏源电压检测和过流保护等功能。得益于霍尔传感器、正交编码器或带SSI通信接口的绝对编码器之间每个电机专用输入，该板可利用STSPIN32G4内的运算放大器以及基于传感器的控制算法实现无传感器运行。

得益于集成的稳压器，栅极驱动器和控制逻辑电源均可从电机电源开始生成，无需专用电路。CAN总线的预处理使STMicroelectronics EVSPIN32G4-DUAL能够轻松连接主模块或从模块，并构建复杂的运动控制系统。

特性

• STSPIN32G4高性能三相电机控制器，带嵌入式MCU
  • 32位Arm® Cortex®-M4 MCU+FPU
  • 时钟频率高达170MHz
  • CORDIC数学硬件加速器，用于三角函数
  • 128kB闪存，具有专有代码读出保护 (PCROP)、安全存储区、1KB OTP
  • 32KB SRAM存储器，带硬件奇偶校验
  • 2个高级定时器，用于电机控制，16位，具有多达6个PWM通道
  • 2个ADC，12位分辨率（多达19个通道），转换速率为4Msps
  • 4个超快轨到轨比较器
  • 3个轨到轨运算放大器，也可在PGA模式下使用
  • 内部高精度电压基准
  • VCC降压转换器，电流高达200mA，具有可编程输出和嵌入式MOSFET
  • 3.3V LDO线性稳压器，电流高达150mA
  • 低静态线性稳压器，用于待机模式下MCU电源
  • 具有一整套保护功能的稳压器；包括热关断、短路和过载保护
  • 75V额定栅极驱动器，具有1A灌/拉电流和嵌入式自举二极管
  • 每个功率MOSFET的漏源电压检测
  • STDRIVE 101三半桥栅极驱动器：
  • 75V额定栅极驱动器，具有600mA灌/拉电流和嵌入式自举二极管
  • 两种输入策略：ENx/INx（可调节死区生成）或INHx/INLx（联锁）
  • 超短传播延迟：40ns（通道间匹配）
  • 12V LDO线性稳压器，电流高达50mA
  • 每个功率MOSFET的漏源电压检测
  • 过流比较器
  • UVLO和热关断保护
  • 待机模式，实现低电流消耗运行
• 两个功率级，基于STL110N10F7功率MOSFET，输出电流高达10Arms，在过流条件下提供保护
• 独立总线电压范围为10V至74V，具有专用监控功能
• 使用嵌入式运算放大器进行单分流差分电流检测
• 两款电机均可提供用于速度/位置反馈输入：
  • 数字霍尔传感器
  • 增量正交型编码器
  • 绝对值编码器
• 全套通信接口(I^2^C、SPI和UART)
• CAN总线预处理
• NTC传感器，用于功率级温度监控

示意图

‌EVSPIN32G4-DUAL双电机驱动演示板技术解析‌

一、核心特性与硬件架构

‌1. 高性能电机控制系统‌

• ‌主控制器‌：采用STSPIN32G4系统级封装，集成32位Arm Cortex-M4内核MCU（最高170 MHz）、128 KB闪存、32 KB SRAM，支持硬件三角函数加速（CORDIC）
• ‌功率级‌：两路独立半桥基于STL110N10F7功率MOSFET，每路持续输出电流10 Arms，峰值电流17 A，工作电压范围10 V至74 V
• ‌专用驱动器‌：STDRIVE101三路半桥门级驱动器，支持600 mA灌/拉电流，集成自举二极管与40 ns级传播延迟

‌2. 完善的保护与传感机制‌

• ‌电流检测‌：通过板载运算放大器实现单分流电阻差分电流采样
• ‌多重保护‌：过流保护、电压监测（每个MOSFET的漏源电压）、热关断、欠压锁定（UVLO）
• ‌位置反馈兼容性‌：支持霍尔传感器、增量编码器、绝对编码器（SSI接口）

‌3. 灵活供电与通信接口‌

• ‌内置电源管理‌：集成Buck转换器（200 mA）、3.3 V LDO（150 mA），可直接从电机电源生成逻辑供电
• ‌通信接口‌：I²C、SPI、UART，预留CAN总线接口便于构建多节点运动控制系统

二、典型应用场景

1. ‌工业自动化‌：伺服驱动器、机械臂关节控制
2. ‌家用电器‌：真空机器人、烘干机、水泵
3. ‌无人机与模型‌：双无刷电机同步调速
4. ‌电动工具‌：高扭矩电钻、园林设备

三、设计要点与性能优化

‌1. 散热管理策略‌

• 功率级在25°C环境温度下可满载运行，实际输出需结合散热设计
• MOSFET的导通电阻（RDS(ON)）低至5 mΩ，显著降低开关损耗

‌2. 传感器融合设计‌

• 同时支持无传感器控制（通过反电动势估算）与多类型位置传感器
• 板载NTC温度传感器实时监控功率级工况

‌4. 系统扩展性‌

• 通过CAN总线实现主从模块协作，适合复杂运动控制网络
• 预留编码器接口与PWM通道，便于集成第三方传感器

四、技术趋势与创新价值

EVSPIN32G4-DUAL体现了电机驱动技术向‌高度集成化‌与‌智能化‌的发展方向：

• ‌单芯片解决方案‌：STSPIN32G4将MCU、门驱动器、电源管理集成于9x9 mm封装，大幅缩小PCB面积
• ‌功能安全设计‌：硬件级保护机制满足工业设备可靠性要求
• ‌开源生态支持‌：基于STM32G4的软件库加速算法开发