2.2 X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板

2.2.1 X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板概述

X-NUCLEO-IHM16M1是基于STSPIN830面向BLDCM/PMSM的三相驱动板，为三相低电压低电流无刷直流电机提供电机控制解决方案，其规格参数和主要功能如下。

● 标称工作电压范围：直流7～45V。

● 输出电流可达1.5A（有效值）。

● 具有过流保护和互锁功能。

● 具有过热保护和欠电压保护功能。

● 具有反电动势（BEMF）感应电路。

● 支持三电阻或单电阻电流采样检测。

● 支持基于霍尔效应的传感器或编码器输入连接器。

● 具有可用于调速的电位计。

● 配有ST morpho连接器。

● 可在3个或6个PWM输入之间直接进行驱动。

● 具有可调节阈值的限流器。

● 具有Bus电压和PCB温度感应功能。

● 具有待机模式。

2.2.2 X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板的硬件构成

1）基于STSPIN830驱动器

X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板的核心驱动器STSPIN830是一款紧凑型三相电机驱动器，适合磁场定向控制方案，它集成了一整套功率级保护功能，使其成为高要求工业应用的解决方案。STSPIN830驱动器集成于一个非常小的（4mm×4mm）QFN封装。它具有控制逻辑和完善的保护，以及导通内阻较低的三相半桥功率级，并基于用户设置的参考电压和关断时间来实现PWM电流控制。

其主要特点如下。

● R DSon （HS+LS）=1Ω（典型值）。

● 支持单个和三个电阻采样电流架构。

● 可调OFF时间的电流控制。

● 基于外部电阻的电流检测。

● 灵活的驱动方法，通过专用的MODE输入引脚，用户可在6个输入（高侧和低侧独立驱动）和3个输入（直接PWM驱动）之间进行设置。

● 由于支持三电阻采样电流拓扑，因此可实现更好的FOC。

● 全面保护措施：瞬时过流保护、欠电压保护、过热保护、互锁功能、待机电流消耗低。

X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板及其核心驱动器STSPIN830的位置如图2-9所示，STSPIN830的功能框图如图2-10所示（截图来自ST官网数据手册《DS12584：Compact and versatile three-phase and three-sense motor driver》），STSPIN830的部分电路原理图如图2-11所示（截图来自ST官网数据手册《DB3613：Three-phase brushless DC motor driver expansion board based on STSPIN830 for STM32 Nucleo》）。

2）电流采样检测及其他感应控制

X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板上的运放TSV994可将采样电阻上的电压放大和偏移到可采样的范围，并把得到的信号输入MCU的ADC端口，从而完成电流的采样。采样方式可以选择三电阻或单电阻。TSV994在X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板上的位置如图2-12所示，X-NUCLEO-IHM16M1电流检测和调节电路如图2-13所示（截图来自ST官网数据手册《DB3613：Three-phase brushless DC motor driver expansion board based on STSPIN830 for STM32 Nucleo》）。

X-NUCLEO-IHM16M1的传感器及其他相关电路图如图2-14所示（截图来自ST官网数据手册《DB3613：Three-phase brushless DC motor driver expansion board based on STSPIN830 for STM32 Nucleo》）。其中，NTC为热敏电阻，通过温度升高使电阻减小，进而实现PCB温度的感应。R20、R21、R22和R23、R24、R25，以及C10、C11、C12构成了一个具有限流上拉的低通滤波回路，可以滤除高频干扰。

3）BEMF感应电路

通过旋转电机的BEMF可进行位置估算。电机的BEMF与磁场和电机速度的乘积成正比，且电机位置是磁场的函数。借助BEMF可以知道并控制BLDCM的位置和速度。通过采集三相电压并将其输入观测器以实现位置检测。BEMF感应电路原理图如图2-15所示（截图来自ST官网数据手册《DB3613：Three-phase brushless DC motor driver expansion board based on STSPIN830 for STM32 Nucleo》），其中，S1751-46R TP6、S1751-46R TP7和S1751-46R TP8是测试点。

4）X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板与STM32 Nucleo开发板相连

X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板上集成了Arduino和ST morpho连接器，因此它可以与STM32 Nucleo开发板相连，并与其他的STM32 Nucleo扩展板兼容。CN7、CN10这两个公共引脚头在板子的两面都有突出，可以用来将X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板与NUCLEO-G431RB开发板相连。所有MCU的信号和电源脚位在ST morpho连接器上都有效，MCU的详细引脚分布图如图2-16所示（截图来自ST官网数据手册《DB3613：Threephase brushless DC motor driver expansion board based on STSPIN830 for STM32 Nucleo》），X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板的跳线接口如图2-17所示。

X-NUCLEO-IHM16M1三相驱动板的跳线配置如表2-2所示，其中，JP4和JP7必须同步配置，当其同时开时，为三电阻电流采样；当其同时关时，为单电阻电流采样。X-NUCLEOIHM16M1三相驱动板元器件功能描述如表2-3所示。