基于意法半导体STSPIN32F0601Q和STGD5H60DF的250W冰箱及冷气压缩机方案

STEVAL-CTM011V1 是一款基于 STSPIN32F0601Q 控制器的三相逆变器,内置三相 600 V 栅极驱动器和 Arm® Cortex®-M0 STM32 MCU。 功率级采用 STGD5H60DF IGBT。

该板支持一分流(one-shunt0和二加一分流(two- plus one-shunt)传感拓扑。 您可以透过调整相关的分流电阻器(RS1、RS2 和 RS3)来正确设置分流拓扑。 此外,您可以实现无传感器磁场定向控制 (FOC)。 这可以驱动永磁同步电机 (PMSM) 和无刷直流 (BLDC) 电机,以涵盖广泛的应用,例如冰箱压缩机、帮浦、风扇和工业电器。 STEVAL-CTM011V1兼容各种输入电压。 它包括一个采用降压配置的 VIPER122 的电源级,可生成应用所需的 +15 V 和 +3.3 V 电源电压。

配套程式是 X-CUBE-MCSDK,可从 https://www.st.com/en/evaluation-tools/steval-ctm011v1.html#tools-software下载,与压缩机电机的 STSW-CTM011 程式示例一起使用。

可以透过 STM32CubeIDE 和 B-STLINK-ISOL 以及 STLINK-V3SET 编译、调试和配置程式。 SWD 和 UART TX-RX 连接器也可用。

板子上相关零件配置如下图

STSPIN32F0601

STSPIN32F0601 - 600V three-phase controller with MCU - STMicroelectronics

STSPIN32F060x是一个高度集成的IC,用于驱动三相应用,帮助设计人员减少 PCB 面积和整体材料清单。 它嵌入了 STM32F031x6x7,具有 ARM® 32 位 Cortex®-M0 CPU 和 600 V 三重半桥栅极驱动器,能够驱动 N 通道功率 MOSFET 或 IGBT。集成了具有高级 smartSD 功能的比较器,可确保快速有效地防止过载和过流。

还集成了高压自举二极管,以及上下驱动部分的抗交叉传导、死区时间和 UVLO 保护,可防止电源开关在低效率或危险条件下工作。 低侧和高侧部分之间的匹配延迟保证没有周期失真。集成的 MCU 允许执行 FOC、6 步无传感器和其他高级驱动算法,包括速度控制回路。 

STGD5H60DF 是H系列600 V,5 A 高速IGBT,这些器件是使用先进的专有沟槽栅极场终止(trench gate field-stop)结构开发的 IGBT。 这些器件是意法半导体H系列 IGBT 的一部分,它代表了传导损耗和开关损耗之间的最佳折衷,以最大限度地提高高速开关频率转换器的效率。 此外,略为正的 VCE(sat) 温度系数和非常紧密的参数分布导致更安全的并联操作。

特色为

  • 高速开关
  • 紧密的参数分布
  • 安全并联
  • 低热阻
  • 短路额定值
  • 超快软恢复反并联二极管

STGD5H60DF - Trench gate field-stop IGBT, H series 600 V, 5 A high speed - STMicroelectronics



STSW-CTM011 是压缩机电机的固件示例,为 IAR v8.5 生成,可透过 SWD 端口下载。

https://www.st.com/en/embedded-software/stsw-ctm011.html

 

STM32 微控制器提供运行向量控制或 FOC 模式的行业标准 Arm® Cortex®-M 内核的性能,广泛用于空调、家用电器、无人机、楼宇和工业自动化、医疗和电动自行车应用的高性能驱动器。

STM32 MC SDK(电机控制软件开发套件)固件(X-CUBE-MCSDK 和 X-CUBE-MCSDK-FUL)包括永磁同步电机 (PMSM) 固件库(FOC 控制)和 STM32 电机控制工作台(用于 配置 FOC 固件库参数)及其图形用户界面 (GUI)。

STM32 Motor Control Workbench 是一款 PC 软件,可减少 STM32 PMSM FOC 固件配置所需的设计工作和时间。用户通过GUI生成工程文件,根据应用需要初始化库。 可以实时监控和更改正在使用的算法的一些变量

https://www.st.com/en/embedded-software/x-cube-mcsdk.html



更多软硬体介绍请参考使用手册

https://www.st.com/resource/en/user_manual/um2962-getting-started-with-the-stevalctm011v1-evaluation-board-for-250-w-mainstream-compressors-stmicroelectronics.pdf


STEVAL-CTM011V1官网连结URL

STEVAL-CTM011V1 - 250 W mainstream compressor solution based on STSPIN32F0601Q and STGD5H60DF - STMicroelectronics

场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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核心技术优势

 用料精简,整合IC(MCU+gate driver)减少 PCB 面积和整体材料清单  丰富的软体资源与开发设定工具, 容易客制化  保护机制周全, UVLO、联锁Interlocking和死区时间功能  智能关机(smartSD)功能  低功耗待机模式  适用范围广,额定功率高达 250 W

方案规格

 由即用型硬件和程式构成的完整系统解决方案  适用于由电源供电的各种应用,额定功率高达 250 W:冰箱压缩机,泵和风扇,工业用具  非常低的待机功耗和过流/欠压保护  基于STSPIN32F0601Q智能三相电机控制器,内嵌STM32  采用降压配置的基于 VIPER122 的电源,可生成板载直流电压  基于 STGD5H60DF IGBT 额定 600 V 和 5 A 的逆变器功率级  紧凑尺寸:7.5 x 11.2 厘米  配备经过验证的无传感器磁场定向控制 (FOC) 程式,采用单分流或 2+1 分流拓扑  符合 RoHS 标准

技术文档

类型标题档案
操作手册User Manual
操作手册Data brief
硬件BOM
硬件Gerber
硬件Schematics