AURIX? TC3xx 電機(jī)控制電源板：設(shè)計(jì)解析與特性洞察

一、引言

作為一名電子工程師，在電機(jī)控制領(lǐng)域不斷探索新的解決方案是我們的日常工作。今天要給大家介紹的 AURIX? TC3xx 電機(jī)控制電源板，就是一款在電機(jī)控制應(yīng)用中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。

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這款電源板是 KIT_A2G_TC387_MOTORCTR 套件（eMotor 套件）的一部分，要讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來，需要搭配匹配的控制板與它進(jìn)行接口連接。它與配備 TFT 顯示屏、采用 LFBGA - 292 封裝的 AURIX? TC3x7 的 AURIX? 應(yīng)用套件兼容。它具備基于傳感器和無傳感器的磁場(chǎng)定向控制（FOC）以及方波換向控制所需的所有組裝電路，還提供了低壓直流連接器、用于連接電機(jī)的三相輸出以及用于編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和霍爾等位置傳感器的連接器。

二、主要特性亮點(diǎn)

元件布局與驅(qū)動(dòng)能力

該電源板的所有組件均為表面貼裝器件（SMD），且僅放置在頂層，這使得 PCB 布局更加簡(jiǎn)潔，便于組裝和維護(hù)。它能夠驅(qū)動(dòng) 12V、最大 50W 的三相永磁同步電機(jī)（PMSM）或無刷直流電機(jī)（BLDC），滿足了多種中小功率電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求。

多方式位置傳感

支持使用旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器或霍爾傳感器來感知電機(jī)位置，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了多種選擇。在實(shí)際項(xiàng)目中，我們可以根據(jù)電機(jī)的類型、精度要求以及成本等因素，靈活選擇合適的傳感器。

先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)與電流電壓傳感

采用了先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)器 TLE9180D - 31QK，具備通過 SPI 進(jìn)行配置和診斷的功能，方便我們對(duì)電源板進(jìn)行調(diào)試和監(jiān)控。同時(shí)，它還具備多種電流和電壓傳感功能，包括高側(cè)直流母線電流傳感、低側(cè)直流母線電流傳感、通過接地路徑中的兩個(gè)或三個(gè)分流器進(jìn)行相電流傳感、直流母線電壓傳感以及相電壓傳感等。這些傳感功能為電機(jī)的精確控制提供了必要的數(shù)據(jù)支持。

兼容性與外觀尺寸

完美適配配備 TFT 顯示屏、采用 LFBGA - 292 封裝的 AURIX? TC3xx 應(yīng)用套件，增強(qiáng)了系統(tǒng)的集成性。此外，它還帶有低功率狀態(tài) LED，方便我們直觀地了解電源板的工作狀態(tài)。其 PCB 尺寸為 100mm x 120mm，并且所有測(cè)試點(diǎn)都可以從底部訪問，這為調(diào)試和測(cè)試工作帶來了極大的便利。

三、內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析

整體框圖

從低電壓電機(jī)控制電源板的框圖來看（如圖 1），它包括低壓直流連接器、控制板連接器、低功率電機(jī)連接器、旋轉(zhuǎn)變壓器連接器、編碼器連接器和霍爾傳感器連接器。輔助電源 TLE42744DVD50 為先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)器 TLE9180D - 31QK 和電機(jī)位置傳感器接口提供 5V 電源，LED 則指示 5V 電壓的生成情況。

關(guān)鍵部分詳解

• 電流傳感：相電流傳感可以通過接地路徑中的兩個(gè)或三個(gè)分流器來實(shí)現(xiàn)，低側(cè)直流母線電流傳感只需進(jìn)行少量改動(dòng)即可使用。TLE9180D - 31QK 集成了三個(gè)可編程增益的電流傳感放大器，高側(cè)直流母線電流傳感則采用了雙向、零漂移、高速的電流分流監(jiān)測(cè)器。
• 電壓傳感：直流母線電壓和相電壓傳感通過帶有 RC 濾波器的電阻分壓器直接測(cè)量，并提供了用于保護(hù)微控制器引腳的齊納二極管安裝選項(xiàng)。
• 三相功率橋：由三個(gè) IPG20N04S4 - 08A 雙 N 溝道 MOSFET 組成，為電機(jī)提供穩(wěn)定的三相功率輸出。

四、元件與測(cè)試點(diǎn)布局

電源板的頂部和底部分別展示了元件和測(cè)試點(diǎn)的布局（如圖 2 和圖 3）。了解這些布局對(duì)于我們進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、調(diào)試和故障排查都非常重要。在實(shí)際操作中，我們可以根據(jù)布局圖快速定位到需要的元件和測(cè)試點(diǎn)，提高工作效率。

五、使用注意事項(xiàng)

評(píng)估用途說明

需要注意的是，這款電源板僅用于評(píng)估目的，并非最終產(chǎn)品。在使用過程中，我們要特別關(guān)注柵極驅(qū)動(dòng)器的死區(qū)時(shí)間設(shè)置，因?yàn)殡娫窗鍥]有制動(dòng)斬波器或類似的硬件保護(hù)來吸收電機(jī)再生制動(dòng)期間產(chǎn)生的能量。所以，無論如何，用戶都應(yīng)該通過軟件或額外的硬件來確保正確監(jiān)測(cè)電壓和電流。

產(chǎn)品信息與責(zé)任聲明

文檔中包含的信息僅作為產(chǎn)品實(shí)施的提示，不能視為對(duì)產(chǎn)品特定功能、條件或質(zhì)量的描述或保證。在實(shí)施產(chǎn)品之前，必須在實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證其中給出的任何功能和其他技術(shù)信息。英飛凌科技對(duì)文檔中給出的所有信息不承擔(dān)任何形式的保證和責(zé)任。同時(shí)，由于技術(shù)要求，產(chǎn)品可能包含危險(xiǎn)物質(zhì)，如需了解相關(guān)信息，可聯(lián)系最近的英飛凌科技辦公室。

AURIX? TC3xx 電機(jī)控制電源板為電機(jī)控制應(yīng)用提供了一個(gè)功能豐富、易于使用的解決方案。作為電子工程師，我們可以根據(jù)其特性和結(jié)構(gòu)，結(jié)合具體的項(xiàng)目需求，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出更加高效、穩(wěn)定的電機(jī)控制系統(tǒng)。大家在使用這款電源板的過程中，有沒有遇到什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。