如今，工程師在設(shè)計(jì)電機(jī)控制應(yīng)用時面臨著不少挑戰(zhàn)。他們希望性能更強(qiáng)大的同時還能縮小PCB尺寸并降低成本。此外，應(yīng)用對效率的要求越來越高，但即便是小幅提升效率依然有很大難度。因此，ST推出了STSPIN32G4——目前唯一一款集成了強(qiáng)大的主流MCU和靈活的電源管理系統(tǒng)的電機(jī)控制器，以有效應(yīng)對這些設(shè)計(jì)難題。

STSPIN32G4將三相門極驅(qū)動器、STM32G431 MCU和電源管理系統(tǒng)集成于一體，成功解決了重大的工程挑戰(zhàn)，解鎖了更多新的應(yīng)用場景。

第一大挑戰(zhàn)：

以更小尺寸實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大性能

■一體集成，性能飛躍：小身材釋放大能量

STSPIN32G4內(nèi)置的MCU憑借卓越算力，為高端吸塵器高速電機(jī)這一場景帶來更強(qiáng)大的性能。在設(shè)計(jì)無傳感器磁場定向控制（FOC）應(yīng)用時，如果CPU內(nèi)核性能不足，轉(zhuǎn)換速率會降低。工程師需要使用兩到三個分流電阻來彌補(bǔ)MCU的性能短板。而STSPIN32G4憑借更強(qiáng)的算力，僅需一個分流電阻即可完成任務(wù)。因此，STSPIN32G4能夠以更少的元器件實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的性能，顯著簡化設(shè)計(jì)并提升效率。

▲STSPIN32G4

■一顆芯片多面手：滿足多元外設(shè)需求

STSPIN32G4內(nèi)置的MCU還很受研發(fā)協(xié)作機(jī)器人或?qū)б嚨膱F(tuán)隊(duì)歡迎，原因不僅在于其更高的DMIPS性能，還在于其豐富的外設(shè)資源。在這種場景下，工程師需要驅(qū)動兩組輪子，但傳統(tǒng)的電機(jī)控制器沒有足夠的ADC來應(yīng)對這一需求，只能使用兩個電機(jī)驅(qū)動器。而STSPIN32G4提供了兩組PWM定時器和12位ADC等資源，僅用一顆芯片就能同時驅(qū)動兩個電機(jī)，不僅簡化了設(shè)計(jì)，還降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

■集成優(yōu)勢盡顯：空間節(jié)省高達(dá)65%

STSPIN32G4的高度集成特性是解決空間難題的理想方案。出于對便捷性、成本的考慮，或?yàn)榱嗽谑袌鲋忻摲f而出，電機(jī)控制應(yīng)用的產(chǎn)品尺寸越來越小。與采用分立元件搭建的解決方案相比，STSPIN32G4出色的集成特性能將整體設(shè)計(jì)尺寸縮減65%。這樣工程師就可以將控制系統(tǒng)安置在電機(jī)的后部，設(shè)計(jì)出體積更小巧的電動自行車、吸塵器、電動工具等各類產(chǎn)品。

第二大挑戰(zhàn)：

降低成本同時更節(jié)能

■更高效的電源管理：降功耗又省成本

據(jù)基準(zhǔn)測試結(jié)果顯示，與采用外部組件搭建的系統(tǒng)相比，STSPIN32G4可使整體功耗降低3%至5%。即使只降低1%，也會給應(yīng)用帶來可觀的影響。ST通過一款極低靜態(tài)電流的穩(wěn)壓器，成功將典型待機(jī)功耗降至15μA，從而實(shí)現(xiàn)了出色的電源效率。這能幫助工程師們打造出更精巧緊湊的設(shè)計(jì)方案，而且無需配備外部冷卻系統(tǒng)，因此物料清單（BoM）成本也隨之降低。

此前，系統(tǒng)最高僅支持48V電源電壓，而STSPIN32G4最高可支持75V。此外，它還配備了過流保護(hù)機(jī)制及作為冗余措施的漏源電壓（VDS）監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)會監(jiān)測外部MOSFET，一旦檢測到過壓情況，就會關(guān)閉所有柵極驅(qū)動器的輸出。連接到電網(wǎng)的大型家用電器經(jīng)常受到市電電壓大幅波動的影響。而這款新器件更寬的電源電壓范圍和保護(hù)功能能更好地應(yīng)對這些異常情況。

■更靈活的電源管理：適配多樣應(yīng)用場景

工程師們在選擇高度集成的解決方案時會有所顧慮，擔(dān)心無法在此基礎(chǔ)上進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。因此，ST為用戶提供了高度可定制性。比如，開發(fā)人員可借助I2C接口對寄存器編程，以使用STSPIN32G4的VCC降壓轉(zhuǎn)換器。此外，ST還發(fā)布了一份應(yīng)用說明，講解了如何通過增添外部組件，將降壓穩(wěn)壓器應(yīng)用于降壓 - 升壓配置之中。所以，工程師們可以繞開降壓穩(wěn)壓器和低壓差（LDO）穩(wěn)壓器，僅依賴外部的VCC電源供電。

如果用戶為滿足嚴(yán)格應(yīng)用需求設(shè)計(jì)了高精度電源，可以忽略STSPIN32G4內(nèi)置的穩(wěn)壓器。而其他用戶則可利用其VCC降壓轉(zhuǎn)換器為外部組件（如存儲模塊）供電，從而簡化設(shè)計(jì)。此外，開發(fā)者還可以根據(jù)需要啟用或禁用待機(jī)模式。這一特性對于電動工具等產(chǎn)品非常重要。例如，當(dāng)用戶隔幾個月甚至幾年再次拿起電鉆時，肯定希望電鉆立刻能用。這種情況下，工程師希望將系統(tǒng)與電池完全斷開，以最大限度地延長電池壽命。

工程師在電機(jī)驅(qū)動方面也獲得了更大的靈活性。他們可以選擇使用6步驅(qū)動電路或磁場定向控制（FOC），無論是帶傳感器還是無傳感器模式，甚至可以選擇使用一個、兩個或三個分流電阻。這種靈活性使開發(fā)者能夠根據(jù)需求控制測量數(shù)據(jù)的采集量。因此，STSPIN32G4可適用于多種不同的應(yīng)用場景，幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市時間并優(yōu)化運(yùn)營效率。

■開發(fā)利器助力：快速啟動設(shè)計(jì)之旅

ST推出了兩款開發(fā)板，以幫助開發(fā)團(tuán)隊(duì)測試和驗(yàn)證STSPIN32G4。其中，EVSPIN32G4開發(fā)板采用了STL110N10F7功率MOSFET并配備了散熱器，支持高達(dá)20A RMS的輸出電流，使團(tuán)隊(duì)能夠開發(fā)更高性能的設(shè)計(jì)。同時，考慮到并非所有設(shè)計(jì)者都會將STSPIN32G4用于高功率系統(tǒng)，ST又推出了EVSPIN32G4NH開發(fā)板。這款開發(fā)板與EVSPIN32G4類似，但去掉了被動冷卻功能（NH表示“無散熱器”）。此外，ST還更新了X-CUBE-MCSDK，以支持這些新開發(fā)板和器件，為開發(fā)者提供更全面的工具支持。

▲EVSPIN32G4

最近，ST還發(fā)布了兩款參考設(shè)計(jì)。其中，EVLSPIN32G4-ACT能夠驅(qū)動三相無刷電機(jī)，支持高達(dá)5A RMS的電流和48V輸入電壓，在62mm x 50mm的電路板上實(shí)現(xiàn)250W總功率。此外，它還可以連接到STWIN.box（STEVAL-STWINBX1），快速構(gòu)建一個高速數(shù)據(jù)記錄器。工程師可借助FP-IND-DATALOGMC軟件包和快速入門指南，按照步驟連接兩塊開發(fā)板，運(yùn)行能夠從STWIN.box上的傳感器及電機(jī)本身收集數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序。ST還提供了一個GUI界面，幫助用戶直觀地查看和分析數(shù)據(jù)。

▲EVLSPIN32G4-ACT

另一款開發(fā)板是EVSPIN32G4-DUAL，集成了STSPIN32G4和STDRIVE101（一款三相半橋門極驅(qū)動器）。該開發(fā)板具備雙功率級設(shè)計(jì)，能夠驅(qū)動兩個三相無刷電機(jī)，支持高達(dá)10A RMS輸出電流和74V電源輸入。借助STSPIN32G4的運(yùn)算放大器，可以實(shí)現(xiàn)單分流電阻電流檢測的無傳感器FOC控制，或結(jié)合嵌入式MCU使用霍爾傳感器和編碼器?？傊?，這款參考設(shè)計(jì)展示了如何以緊湊尺寸實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的雙電機(jī)應(yīng)用，適用于家電、電動出行設(shè)備、泵、工具等領(lǐng)域。

▲EVSPIN32G4-DUAL