EPC9167與EPC9167HC電機驅(qū)動板：高效電力轉(zhuǎn)換的利器

在電子工程師的世界里，一款性能卓越的電機驅(qū)動板是實現(xiàn)高效電力轉(zhuǎn)換和電機控制的關(guān)鍵。今天，我們就來深入了解一下EPC9167和EPC9167HC這兩款電機驅(qū)動板，看看它們究竟有哪些獨特之處。

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一、產(chǎn)品概述

EPC9167是一款3相無刷直流（BLDC）電機驅(qū)動逆變器板，采用了EPC2065 eGaN FET，其最大RDS(on)為3.6 mΩ，最大器件電壓為80 V。該板有兩種配置：標準配置（EPC9167）每個開關(guān)位置使用單個FET，高電流配置（EPC9167HC）每個開關(guān)位置使用兩個并聯(lián)的FET，最大輸出電流可達42 Apk（30 ARMS）。此外，該板還可配置用于多相DC - DC轉(zhuǎn)換，EPC2065在電機驅(qū)動應(yīng)用中支持高達250 kHz的PWM開關(guān)頻率，在DC - DC應(yīng)用中支持高達500 kHz的開關(guān)頻率。

二、主要特性

1. 寬輸入電壓范圍

支持14 V至60 V的寬輸入直流電壓范圍，能夠適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

2. 低失真開關(guān)

低失真開關(guān)特性可降低電機音頻發(fā)射，減少轉(zhuǎn)矩脈動，提高電機運行的穩(wěn)定性和安靜性。

3. dv/dt優(yōu)化

針對電機驅(qū)動進行了dv/dt優(yōu)化，小于10 V/ns，同時也可根據(jù)DC - DC應(yīng)用的需求增加dv/dt。

4. 高精度電流和電壓檢測

具備高精度和高帶寬的電流檢測功能，用戶可在串聯(lián)和支路分流電流傳感器之間進行選擇。同時，還能對所有相電壓和直流電源電壓進行檢測。

5. 完善的保護功能

包括過流保護和輸入電源欠壓鎖定，確保系統(tǒng)在異常情況下的安全性。

6. 多種接口

提供軸編碼器/霍爾傳感器接口連接器，支持兩種電壓電平選擇，方便與不同的傳感器配合使用。

7. 可配置性

該板還可配置為同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，增加了其應(yīng)用的靈活性。

三、電氣規(guī)格

需要注意的是，最大電流取決于芯片溫度，實際最大電流會受到開關(guān)頻率、母線電壓和散熱條件的影響。

四、關(guān)鍵部件與電路

1. 功率級

采用EPC2065 eGaN FET和柵極驅(qū)動器的3相逆變器。如需了解EPC2065的詳細信息，可參考EPC官網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)手冊。

2. 板載電源

包括邏輯和柵極驅(qū)動器的輔助電源，由逆變器板的主輸入電源供電。同時，還為控制器連接器（J60）提供3.3 V的控制器電源電壓，可通過移除電阻（R803）斷開。

3. 電流和電壓檢測

逆變器配備了所有相的電壓和電流檢測以及直流輸入電壓檢測。輸出電流可通過1.0 mΩ的分流器（Fx_Rsp1）進行串聯(lián)測量，也可使用4個4.0 mΩ的支路分流器（相當(dāng)于1.0 mΩ的支路分流器）進行測量。通過跳線（Jsnsx）的正確設(shè)置，用戶可以在同相或支路分流電流檢測之間無縫切換。

4. 溫度傳感器

板上配備了溫度傳感器（U40 – AD590），位于板的底部中心位置，可通過以下公式將測量的模擬電壓轉(zhuǎn)換為溫度： [T=left(frac{V cdot 1000}{7.87}right)-273.16left[^{circ} Cright]]

5. 連接和控制器匹配選項

使用40針連接器在接口控制板和EPC9167電機驅(qū)動逆變器之間連接電源、PWM信號和模擬反饋信號。具體的引腳分配可參考文檔中的表格。

6. LED指示燈

板上有多個LED指示燈，用于指示各種電源電壓的狀態(tài)，如5 V LED（橙色）表示5 V電源正常工作，3.3 V LED（黃色）表示3.3 V電源正常工作。

7. 測試點

提供了多個測試點，方便測量各種節(jié)點的電壓和電流，包括5 V電源、3.3 V電源、過流檢測、各相電壓、放大后的電流信號、軸編碼器或霍爾傳感器信號等。

8. 過流保護

板上包含過流檢測電路，當(dāng)任何一相的電流測量值超過50 A時，該電路將觸發(fā)。一旦觸發(fā)過流，低電平有效的OC信號將在短時間內(nèi)保持低電平，由R29和C16的RC時間常數(shù)（3.6 μs）決定。如果安裝了跳線JOCPn，所有PWM信號將與柵極驅(qū)動器斷開。OC檢測信號可通過R60（默認安裝）傳遞給控制器。

9. 跳線設(shè)置

10. 軸編碼器/霍爾效應(yīng)傳感器

連接器（J80）用于將軸傳感器連接到EPC9167電機驅(qū)動逆變器，支持光學(xué)正交編碼器或霍爾效應(yīng)傳感器，并為編碼器提供電源電壓。可通過安裝相應(yīng)的電阻選擇5 V（默認使用R81）或3.3 V（使用R82）的電源電壓。

五、兼容控制器

六、應(yīng)用配置

1. 電機驅(qū)動逆變器

這是EPC9167的主要應(yīng)用場景，可用于無傳感器或帶軸編碼器傳感器的配置。用戶可以根據(jù)需求選擇不同的電機驅(qū)動控制器，利用現(xiàn)有的資源簡化和加速開發(fā)與評估過程。在默認配置下，EPC9167與EPC9147C配對，預(yù)編程為使用無傳感器磁場定向控制和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM），為Teknic M - 3411P - LN - 08D的NEMA 34尺寸電機供電和控制，直流電源電壓為48 V。

2. 多相同步降壓轉(zhuǎn)換器

EPC9167可配置為2相或3相的多相同步降壓轉(zhuǎn)換器。在配置為2相轉(zhuǎn)換器時，用戶可以選擇任意輸出組合，但需要合理使用板上的電感焊盤，并根據(jù)所選的工作頻率選擇合適的電感值。在這種配置下，需要移除Y電容（CY），并使用能夠承載額定負載電流的導(dǎo)體短接焊盤。

3. 全橋同步降壓轉(zhuǎn)換器

EPC9167還可配置為全橋轉(zhuǎn)換器，可使用三相中的任意兩相。用戶在連接負載時需要采取適當(dāng)?shù)拇胧?，確保正確的負載連接。輸出電壓可以使用相應(yīng)的相電壓測試點進行測量，同時需要確保測量系統(tǒng)的隔離。

七、快速啟動步驟

以使用EPC9147C控制器的電機驅(qū)動應(yīng)用為例，快速啟動步驟如下：

1. 將EPC9167與適用的控制器接口板（如EPC9147C）配對，并參考相應(yīng)控制接口板的快速啟動指南了解詳細的操作步驟。
2. 將參數(shù)已編程到控制器中的正確電機連接到EPC9167的連接器J1，并將直流電源連接到連接器J5和J6（注意正確的極性，板上沒有反極性保護）。
3. 將主電源電壓預(yù)設(shè)到工作電壓，打開電源，觀察電源LED指示燈亮起。按下啟動/停止按鈕啟動電機旋轉(zhuǎn)?？墒褂肧T Microelectronics電機控制軟件進行更多控制，具體細節(jié)請參考EPC9147C的快速啟動指南。
4. 電機運行后，進行必要的測量。
5. 關(guān)閉時，按下啟動/停止按鈕停止電機旋轉(zhuǎn)，然后關(guān)閉主直流電源。

八、熱考慮

EPC9167適用于在室溫環(huán)境下進行臺面評估，可采用自然對流或強制風(fēng)冷。添加散熱片可以顯著改善eGaN FET的散熱效果，提高器件的電流容量，但需確保不超過芯片的絕對最大溫度150°C。 板上配備了四個機械墊片（S1、S2、S3、S4），可用于輕松安裝標準四分之一磚轉(zhuǎn)換器散熱片，只需使用導(dǎo)熱界面材料（TIM）、散熱片和螺絲即可。在安裝散熱片時，需要添加一層薄的絕緣層，以防止散熱片與電容器和電阻器等暴露導(dǎo)體的組件短路。 TIM的選擇需要考慮機械柔韌性、電氣絕緣性和熱性能等因素。EPC推薦了幾種導(dǎo)熱界面材料，如t - Global的TG - A1780 x 0.5 mm（導(dǎo)熱率為17.8 W/m·K）、TG - A6200 x 0.5 mm（導(dǎo)熱率為6.2 W/m·K），Bergquist的GP5000 - 0.02（導(dǎo)熱率為5 W/m·K）和GPTGP7000ULM - 0.020（導(dǎo)熱率為7 W/m·K）。

九、實驗驗證示例

EPC9167HC電機驅(qū)動逆變器與EPC9147C接口控制器配對，在48 V直流電源下以100 kHz的開關(guān)頻率運行，死區(qū)時間設(shè)置為50 ns，為500 W電機供電，正弦調(diào)制頻率為5 Hz。在無散熱片和自然對流的情況下，向電機輸送的相電流為25 ARMS；在有散熱片和自然對流的情況下，相電流可達30 ARMS。

十、總結(jié)

EPC9167和EPC9167HC電機驅(qū)動板以其高性能、高靈活性和完善的保護功能，為電子工程師提供了一個強大的工具，可廣泛應(yīng)用于電機驅(qū)動和DC - DC轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和條件，合理選擇配置和使用這些驅(qū)動板，同時注意熱管理等方面的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。你在使用類似電機驅(qū)動板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。