EVAL - M1 - CTE620N3評估板：助力電機驅(qū)動設(shè)計的利器

在電機驅(qū)動應(yīng)用的設(shè)計領(lǐng)域，一款性能出色的評估板能夠為工程師們帶來極大的便利和幫助。今天，我們就來深入了解一下英飛凌的EVAL - M1 - CTE620N3評估板，它作為iMOTION?模塊化應(yīng)用設(shè)計套件的一部分，為電機驅(qū)動設(shè)計提供了強大的支持。

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一、安全注意事項

在使用EVAL - M1 - CTE620N3評估板之前，務(wù)必牢記一些重要的安全注意事項。評估板的接地電位偏置為負(fù)直流母線電壓電位，使用示波器測量電壓波形時，示波器的接地端需要隔離，否則可能導(dǎo)致人身傷害、死亡以及設(shè)備損壞。只有熟悉驅(qū)動器和相關(guān)機械的人員才能進(jìn)行系統(tǒng)的安裝、啟動和后續(xù)維護(hù)工作。同時，驅(qū)動器表面可能會發(fā)熱，要防止?fàn)C傷。評估板包含對靜電放電（ESD）敏感的部件和組件，在安裝、測試、維修時需要采取靜電控制措施。另外，不正確的應(yīng)用或安裝可能導(dǎo)致組件損壞或產(chǎn)品壽命縮短，移除或連接控制板時，要等待電源驅(qū)動器斷電三分鐘，待母線電容放電至零后再進(jìn)行操作。而且，安裝前要移除所有不必要的包裝材料，以免導(dǎo)致過熱或異常運行。

二、評估板簡介

EVAL - M1 - CTE620N3評估電源板是iMOTION?模塊化應(yīng)用設(shè)計套件（iMOTION? MADK）的一部分，要運行電機，需要匹配的控制板與該電源板進(jìn)行接口連接。MADK平臺允許使用不同的功率級與不同的控制板，通過20針iMOTION? MADK M1連接器（如Eval - M1 - 101T）可以輕松實現(xiàn)接口連接，該評估板專為單電機控制設(shè)計。

它基于英飛凌的CIPOS? Tiny智能功率模塊（IPM），提供了易于使用的功率級。板上配備了用于無傳感器磁場定向控制（FOC）的所有組件組，有單相交流連接器、整流器和三相輸出用于連接電機，功率級還包含用于電流傳感的發(fā)射極分流器和用于直流母線電壓測量的分壓器。

該評估板具有良好的兼容性，兼容DIP和SIP兩種封裝形式，也兼容不同功率級的CIPOS? Tiny IPM。不過，對于不同型號的IPM，其支持程度有所不同，例如評估IM393 - X6E/F時可實現(xiàn)引腳對引腳組裝和功率額定值匹配，但評估IM393 - S6E/F、IM393 - X6E/F或IM393 - L6E/F Tiny IPM時，只能進(jìn)行功能測試評估，功率額定值可能不滿足要求。

三、主要特性

（一）CIPOS? Tiny IPM IM393 - X6E特性

• 集成功能：集成了柵極驅(qū)動器和自舉功能，具備溫度監(jiān)測功能和保護(hù)關(guān)斷引腳。
• 先進(jìn)技術(shù)：采用低VCE(on)溝槽IGBT技術(shù)，所有通道都有欠壓鎖定功能，匹配的傳播延遲，3.3V施密特觸發(fā)輸入邏輯，具備交叉?zhèn)鲗?dǎo)防止邏輯。
• 隔離與認(rèn)證：隔離電壓最小為2000V RMS，CTI > 600，且已獲得UL認(rèn)證（待確認(rèn)）。

（二）評估板特性

• 輸入輸出：輸入電壓范圍為160 ~ 265VAC，最大電機功率輸出為1200W，每相電流為6.8A rms。
• 兼容性與保護(hù)：兼容DIP和SIP封裝，板載EMI濾波器，支持單分流器或支路分流器電流傳感，具備輔助電源（15V和3.3V）、過流保護(hù)、過溫硬件保護(hù)、直流母線電壓傳感、熱敏電阻輸出、故障診斷輸出等功能。
• 測量與規(guī)格：測量測試點與標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭兼容，PCB尺寸為121 mm × 120 mm，兩層板，每層銅厚35μm，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

四、規(guī)格參數(shù)

五、引腳分配

（一）交流輸入連接器J1

（二）20針iMOTION? MADK - M1接口連接器J2

（三）電機側(cè)連接器J2

（四）風(fēng)扇連接器J4

六、系統(tǒng)設(shè)置與啟動

（一）系統(tǒng)設(shè)置步驟

要運行電機系統(tǒng)，需要將iMOTION? MADK功率板（EVAL - M1 - CTE620N3）與匹配的MADK控制板組合使用，同時還需要iMOTION?軟件工具M(jìn)CEDesigner和MCEWizard來進(jìn)行系統(tǒng)初始設(shè)置、控制和微調(diào)系統(tǒng)性能。具體步驟如下：

1. 下載并安裝iMOTION? PC工具（MCEWizard和MCEDesigner）。
2. 通過USB電纜將板載調(diào)試器的PC - USB連接器連接到PC。
3. 將EVAL - M1 - CTE620N3的MADK M1 20針接口連接器（J2）連接到控制板。
4. 從www.infineon.com/imotion - software網(wǎng)頁獲取最新的“IMC101T - T038 MCE軟件包”。
5. 將電機相輸出連接到電機。
6. 使用MCEWizard輸入電機和評估板硬件參數(shù)，點擊“Export to Designer file (.txt)”按鈕生成系統(tǒng)驅(qū)動參數(shù)文件，供MCEDesigner使用。
7. 將交流電源連接到電源輸入連接器，給系統(tǒng)上電。
8. 打開MCEDesigner，通過“File”菜單選擇“Open”，打開IMC101T設(shè)備的MCEDesigner默認(rèn)配置文件（.irc）。
9. 點擊“File” > “Import Drive Parameters”，導(dǎo)入步驟5生成的系統(tǒng)驅(qū)動參數(shù)文件，選擇“Update All”單選按鈕。
10. 通過“Tools > Programmer”菜單，點擊“Program Firmware and Parameter”單選按鈕（如果IMC101T - T038 IC中已編程最新版本的MCE固件，可選擇“Program Parameters”單選按鈕），最后點擊“Start”按鈕編程固件和參數(shù)。
11. 點擊控制欄中的綠色交通燈按鈕啟動電機。

（二）iMOTION?開發(fā)工具和軟件

iMOTION?開發(fā)工具M(jìn)CEDesigner和MCEWizard的安裝程序可從英飛凌iMOTIONTM網(wǎng)站（http://www.infineon.com/imotion - software）下載。板載調(diào)試器使用SEGGER J - Link的驅(qū)動程序與IMC101T - T038進(jìn)行UART通信，J - Link驅(qū)動程序會在MCEDesigner安裝過程中安裝。

1. MCEWizard設(shè)置概述

安裝MCEWizard后，在Windows桌面上會出現(xiàn)其快捷方式。雙擊打開MCEWizard，可通過下拉列表選擇MADK控制板或功率板。如果某些最新的功率板未在MCEWizard工具中預(yù)配置，可選擇相似的功率板并輸入特定參數(shù)。設(shè)置完成后，點擊“Next”按鈕開始系統(tǒng)設(shè)置過程，回答完所有問題后，點擊“Calculate”和“Export to Designer File (.txt)”按鈕保存參數(shù)文件。

2. MCEDesigner設(shè)置概述

安裝MCEDesigner后，在Windows桌面上會出現(xiàn)其快捷方式。雙擊打開并打開“IMC101T_xx.irc”文件。要將系統(tǒng)驅(qū)動參數(shù)編程到IMC101T - T038中，點擊“Tools”菜單選擇“Programmer”，在彈出窗口中點擊“Program Parameters”單選按鈕，選擇MCEWizard創(chuàng)建的驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)文件，最后點擊“Start”按鈕。如果要編程新的固件和驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)，點擊“Program Firmware and Parameter”單選按鈕，分別選擇參數(shù)文件和固件文件后點擊“Start”按鈕。

七、硬件描述

（一）逆變器部分

逆變器部分采用CIPOS? Tiny IPM，它結(jié)合了英飛凌最新的低VCE(on)溝槽IGBT技術(shù)和行業(yè)基準(zhǔn)的三相高壓、高速驅(qū)動器（3.3V兼容），具有內(nèi)置高精度溫度監(jiān)測和過流保護(hù)功能，以及短路額定IGBT和集成欠壓鎖定功能，提供了高水平的保護(hù)和故障安全操作。三對電容C20和C25、C21和C26、C22和C27用作自舉電容，分別提供必要的浮動電源電壓(V{BS3})、(V{BS2})和(V_{BS1})。

（二）直流母線傳感和MCEWizard配置

連接器J2的引腳14和26可訪問直流母線電壓DCBsense，有三種可能的反饋情況。默認(rèn)情況下，電阻R7未安裝在EVAL - M1 - CTE620N3上，相應(yīng)的控制器板上必須安裝下拉電阻。通過在評估板或控制板上插入13.3 kΩ的下拉電阻，DCBSense電壓可在0 - 3.3 V范圍內(nèi)反映0 - 420 V的直流母線電壓范圍；如果在評估板和控制卡上都插入13.3 kΩ的下拉電阻，DCBSense結(jié)果會縮放到0 - 1.65 V。若不需要DCBSense引腳的反饋，應(yīng)移除R4、R5、R6或R8以避免連接器上出現(xiàn)高電壓?？刂破靼錏VALM1 - CTE620N3上的直流母線傳感電阻分壓器的高端電阻R4、R5、R6和R8為2000kΩ，應(yīng)在MCEWizard中進(jìn)行配置。

（三）電機外部電流反饋配置和計算

電流輸入值是分流電阻（毫歐）與EVAL - M1 - 101T外部電流傳感放大器增益的乘積。通過控制板的原理圖或用戶手冊可找到外部放大器增益電路。根據(jù)基爾霍夫電壓定律計算，EVAL - M1 - 101T和EVAL - M1 - CTE620N3組合的電流輸入為25mV/A，其他MADK板組合的電流輸入也可按相同方法計算并輸入到MCEWizard中。

（四）逆變器過流保護(hù)和電機柵極關(guān)斷配置

過流保護(hù)電路中，電流傳感信號I_Shunt通過比較器U5連接到ITRIP，ITRIP通過電容C23濾波。ITRIP正向閾值(VIT,TH+)的典型值為300mV，逆變器輸出峰值電流約為14.7A峰值。當(dāng)電機峰值電流超過設(shè)定值I_trip且持續(xù)時間超過ITRIP輸入濾波時間時，RFE會觸發(fā)低電平，即柵極關(guān)斷信號激活。對于iMOTION? IMC1xx控制IC，有三種柵極關(guān)斷輸入源類型。若選擇比較器作為柵極關(guān)斷輸入源，則不使用外部柵極關(guān)斷信號，內(nèi)部比較器會將電流傳感信號I_Shunt與MCEWizard中設(shè)置的“Gatekill Comparator Reference”值進(jìn)行比較。

（五）熱敏電阻/NTC特性和保護(hù)計算

評估板在20針連接器J2的引腳15提供熱敏電阻/NTC輸出，可通過電阻測量計算溫度。

1. CIPOS?內(nèi)部NTC - 熱敏電阻特性

CIPOS?模塊的VTH引腳可直接訪問NTC，參考VSS。連接到+3.3V的外部上拉電阻確保產(chǎn)生的電壓可直接連接到微控制器。

2. 過溫硬件保護(hù)電路

在EVAL - M1 - CTE620N3和EVAL - M1 - 101T評估設(shè)計套件中，VTH引腳直接連接到控制器IC IMC101T的VTH引腳。

3. NTC關(guān)機值計算和配置

外部NTC溫度關(guān)機值可按公式計算并在MCEWizard中配置。例如，對于EVAL - M1 - 101T，控制板上的上拉電阻為4.87kΩ，當(dāng)設(shè)置溫度為100°C時，關(guān)機值應(yīng)為1.23V；當(dāng)設(shè)置溫度為85°C時，關(guān)機值應(yīng)為1.62V。

（六）輔助電源

輔助電源電路采用英飛凌最新的CoolSET 5和反激拓?fù)?，直接輸?5V和6V。VCC連接到CIPOS? I