Infineon EVAL-M1-IM323評估板：電機驅動設計的理想之選

在電機驅動應用設計領域，Infineon的EVAL-M1-IM323評估板憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款評估板。

文件下載：EVALM1IM323TOBO1.pdf

評估板概述

EVAL-M1-IM323評估板是iMOTION?模塊化應用設計套件（MADK）的一部分，專為主要家用電器（如空調、泵、風扇等）的電機驅動應用設計提供初始支持。它可以輕松通過20針iMOTION? MADK M1連接器與控制板（如EVAL-M1-101T）連接，展示了英飛凌CIPOS? Tiny智能功率模塊（IPM）技術和先進的運動控制引擎（MCE 2.0）技術在永磁電機驅動中的應用。

供應范圍

該評估板基于Infineon的CIPOS? Tiny智能功率模塊IM323-L6Gx，提供了一個易于使用的功率級。交付內容包括成品評估板，具備單相交流輸入連接器、EMI濾波器、輸入整流器、直流母線電容器和三相輸出以連接電機。此外，還包含基于CoolSET?的輔助電源（提供15V和3.3V輸出）、用于電流感測和過流保護的發(fā)射極分流器以及用于直流母線電壓測量的分壓器。

主要特性

• 寬輸入電壓范圍：支持165 VAC至265 VAC的輸入電壓，最大輸入電流在165 VAC時可達12 A。
• 高功率輸出：在220 VAC時，最大電機功率輸出可達1500 W。
• 電路保護：具備浪涌電流限制器、板載EMI濾波器，符合EN55032標準。
• 輔助電源：提供15 V和3.3 V的輔助電源。
• 多重保護：擁有過流硬件保護和過溫保護功能。
• 參數(shù)監(jiān)測：可感測直流母線電壓，具備熱敏電阻輸出和溫度控制的冷卻風扇速度調節(jié)功能。
• PCB特性：尺寸為180 mm × 140 mm，兩層1 oz.銅，符合RoHS標準。

技術參數(shù)

系統(tǒng)和功能描述

啟動步驟

要運行電機系統(tǒng)，需要將iMOTION? MADK功率板（EVAL-M1-IM323）與匹配的MADK控制板（如EVAL-M1-101T）組合使用。以下是啟動系統(tǒng)的詳細步驟：

1. 硬件連接：將EVAL-M1-101T控制板連接到EVAL-M1-IM323評估板，然后將PC USB連接器連接到EVAL-M1-101T控制板。同時，連接220 V交流電源和UVW輸出到電機。
2. 參數(shù)設置：在MCEWizard中輸入目標電機的系統(tǒng)和運行參數(shù)以及評估板的硬件參數(shù)，計算控制器的數(shù)字參數(shù)集。
3. 軟件配置：啟動MCEDesigner工具，打開IMC101T設備的默認配置文件（.irc）。如果連接失敗，可更改COM端口。
4. 固件編程：如果IC為空，需要將固件和參數(shù)文件編程到iMOTION?控制IC的內部閃存中。
5. 電機調試：通過VF診斷功能監(jiān)測電機電流，調整參數(shù)直到示波器顯示穩(wěn)定的正弦電流。
6. 電機運行：點擊控制欄中的綠色交通燈按鈕或雙擊Motor1頁面中的Start Motor子功能啟動電機。檢查電機旋轉方向，如有需要調整UVW連接順序或設置負目標速度。

功能模塊描述

• IM323-L6Gx概述：CIPOS? Tiny IPM IM323產品組集成了各種功率和控制組件，提高了可靠性，優(yōu)化了PCB尺寸，降低了系統(tǒng)成本。它適用于控制變速驅動器中的三相交流電機和永磁電機，具有600 V反向導通、RCD2 IGBT、堅固的SOI柵極驅動技術等特點。
• ICE5AR4770BZS概述：ICE5AR4770BZS是一款第5代固定頻率集成功率IC（CoolSET?），采用700 V雪崩堅固的CoolMOS? MOSFET技術控制器芯片，具有最大100 kHz的開關頻率、高達15 W的功率輸出、欠壓保護等多種功能。
• 電機外部電流反饋配置和計算：電流輸入值是分流電阻（以毫歐為單位）和EVAL-M1-101T外部電流感測放大器增益的乘積。通過特定的電路和計算，可以得出EVAL-M1-101T和EVAL-M1-IM323組合的電流輸入為25 mV/A。

系統(tǒng)設計

電路設計

• EMI濾波器和軟啟動電路：該電路包括一個由X2、Y2電容器和共模電感組成的無源EMI濾波器、一個35 A/800 V整流橋D1、一個用于電路保護的保險絲F1、一個PTC電阻R1和一個用于軟啟動和降低穩(wěn)態(tài)傳導損耗的繼電器K1。
• 逆變器部分：使用CIPOS? Tiny IPM實現(xiàn)逆變器部分，該模塊包括優(yōu)化的反向導通IGBT Gen 2（RCD2）和行業(yè)基準的堅固半橋驅動器。分流電阻部分允許通過不同組合實現(xiàn)相分流或單分流。
• 輔助電源：輔助電源電路采用Infineon的最新CoolSET? 5（ICE5AR4770BZS）和反激拓撲，直接輸出15 V和7 V。線性穩(wěn)壓器IFX25001ME V33從7 V電源生成3.3 V電源，用于逆變器的外部過流比較器電路。

布局設計

EVAL-M1-IM323板有兩層140 μm銅（1 oz.銅），尺寸為180 mm x 140 mm，PCB厚度為1.6 mm。通過提供的裝配圖和層圖，可以清晰了解電路板的布局。

物料清單

完整的物料清單可從英飛凌網(wǎng)站的下載部分下載（需要客戶登錄）。文檔中列出了評估板最重要/關鍵部分的BOM，包括各種電容、電阻、二極管、繼電器等元件的詳細信息。

連接器詳情

• AC輸入連接器（X1）：包括接地、交流中性輸入和交流線路輸入三個引腳。
• 電機UVW輸出連接器（X2）：分別連接電機的U、V、W相。
• 20針iMOTION? MADK-M1接口連接器（X3）：是與控制器板的接口，提供了多種信號和電源引腳。

測試點

文檔列出了板上測試點的分配，可用于信號測量，包括PWM信號、逆變器輸出、直流母線電壓、電源等測試點。

系統(tǒng)性能測試

輸入電壓范圍測試

在165 - 265 Vrms的輸入電壓范圍內，輸入功率為1500 W，輸出功率可達1500 W，輸出電流為7 Arms。測試數(shù)據(jù)顯示了不同輸入電壓下的輸入電流、輸入功率、輸出功率、輸出電流、直流母線電壓和功率因數(shù)等參數(shù)。

母線電容和VDC紋波測試

在1500 W運行（165 VAC - 265 VAC）、電機速度為1400 rpm的條件下，VDC紋波為2.3 - 5.6%（8.17 V - 11.65 V）。

輸出電流和PWM頻率范圍測試

輸出電流最大為7 Arms，PWM頻率范圍為5 - 20 kHz。測試數(shù)據(jù)顯示了不同PWM頻率下的VTH、Vfan+、PF、Iout、TC、ΔTC、Pout等參數(shù)。

IPM外殼溫度與輸出功率和VTH關系測試

在TA = 29°C、6 kHz PWM、AC輸入電壓為220 V/50 Hz、GK0681電機速度為1400 rpm的條件下，輸出功率最大為1500 W。測試數(shù)據(jù)展示了IPM外殼溫度與輸出功率、Iout、VTH和Vfan之間的關系。

散熱器熱阻測試

通過對散熱器熱阻的測試，得出了不同直流電壓、電流和功率下的TA、TC、?T和Rth等參數(shù)。

輔助電源測試

輔助電源的3.3 V ±2%，最大400 mA；15 V ±5%，最大500 mA。測試結果表明3.3 V和15 V的精度小于1%。

浪涌電流測試

最大浪涌電流在交流輸入電壓為265 V時為21.25 Apeak，滿足最大30 Apeak的規(guī)格要求。

過流保護測試

過流保護點設置為20 Apeak，測試結果表明滿足該要求。

短路保護測試

滿足IPM的3 μs短路耐受時間，故障清除時間設置為最小100 μs，測試結果顯示ITRIP響應時間為1.2 μs，故障清除時間大于100 μs。

過壓保護測試

當設置的直流母線過壓水平為360 V時，當母線電壓剛剛超過360 V時，過壓故障觸發(fā)，電機停止。

EMC測試

符合IEC標準IEC-61000-4-5，有超過3 dB的裕量。但需注意，EMI測試結果受測試環(huán)境和方法影響，僅供參考。

浪涌測試

滿足IEC 61000-4-5 Class B標準，所有測試均通過，組件無損壞。

電氣快速瞬變（EFT）測試

滿足IEC 61000-4-4 Class B標準，輸入連接器的測試均通過。

總結

Infineon的EVAL-M1-IM323評估板在電機驅動設計中表現(xiàn)出色，具有豐富的功能和良好的性能。通過詳細的系統(tǒng)設計和全面的性能測試，為工程師提供了一個可靠的平臺。在實際應用中，工程師可以根據(jù)具體需求對評估板進行定制和優(yōu)化，以實現(xiàn)最佳的電機驅動效果。你在使用這款評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。