EVAL - M1 - 05 - 84D評(píng)估板：電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的得力助手

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款合適的評(píng)估板能為工程師們提供極大的便利。今天，我們就來(lái)深入了解一下Infineon的EVAL - M1 - 05 - 84D評(píng)估板，看看它在電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中能發(fā)揮怎樣的作用。

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一、安全注意事項(xiàng)

在使用EVAL - M1 - 05 - 84D評(píng)估板之前，我們必須要重視安全問(wèn)題。這塊評(píng)估板的系統(tǒng)存在許多潛在的危險(xiǎn)，比如其接地電位與負(fù)直流母線電壓電位相關(guān)，使用示波器測(cè)量電壓波形時(shí)，示波器的接地必須隔離，否則可能會(huì)導(dǎo)致人身傷害甚至死亡。同時(shí)，評(píng)估板系統(tǒng)包含直流母線電容器，在移除主電源后，需要等待三分鐘讓電容器放電至安全電壓水平，不能僅僅依據(jù)顯示LED變暗就判斷電容器已放電。此外，只有熟悉驅(qū)動(dòng)和相關(guān)機(jī)械的人員才能進(jìn)行系統(tǒng)的安裝、啟動(dòng)和維護(hù)，并且要注意驅(qū)動(dòng)表面可能會(huì)變熱，避免燙傷。評(píng)估板中的部分部件對(duì)靜電放電敏感，安裝、測(cè)試、維修時(shí)需要采取靜電控制措施。而且，錯(cuò)誤的應(yīng)用或安裝可能會(huì)導(dǎo)致部件損壞、產(chǎn)品壽命縮短，在斷開(kāi)或重新連接電線、進(jìn)行維修前，一定要先移除并鎖定驅(qū)動(dòng)電源，等待母線電容器放電至零。最后，安裝前要移除包裝材料，否則可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱或異常運(yùn)行。大家在操作時(shí)一定要嚴(yán)格遵守這些安全注意事項(xiàng)，避免不必要的危險(xiǎn)。

二、評(píng)估板簡(jiǎn)介

EVAL - M1 - 05 - 84D評(píng)估板是iMOTION?模塊化應(yīng)用設(shè)計(jì)套件（iMOTION? MADK）的一部分。MADK平臺(tái)允許將各種功率級(jí)與不同的控制板結(jié)合使用，這些板可以通過(guò)20針的iMOTION? MADK - M1接口連接器輕松連接。該評(píng)估板旨在為以CIPOS? Micro為特色的功率級(jí)提供全面的解決方案，配備了用于無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制（FOC）的所有組件，提供單相交流連接器、整流器、直流母線和三相輸出，還包含用于電流感應(yīng)的發(fā)射極分流器和用于直流母線電壓測(cè)量的分壓器。它有表面貼裝和通孔CIPOS? Micro模塊兩種類(lèi)型，本文主要介紹與CIPOS? Micro IRSM515 - 084和IRSM505 - 084結(jié)合使用的情況，這兩個(gè)模塊的區(qū)別在于IRSM505 - 084有NTC，而IRSM515 - 084沒(méi)有，它們的額定電壓均為250V。不過(guò)要注意，評(píng)估板的設(shè)計(jì)雖然考慮了環(huán)境條件，但未針對(duì)安全要求、整個(gè)工作溫度范圍或使用壽命進(jìn)行認(rèn)證，僅進(jìn)行了功能測(cè)試，且在退貨分析、工藝變更通知和產(chǎn)品停產(chǎn)方面與常規(guī)產(chǎn)品的處理流程不同，僅適用于實(shí)驗(yàn)室條件下的專業(yè)人員使用。

三、主要特性

3.1 CIPOS? Micro智能功率模塊特性

CIPOS? Micro智能功率模塊IRSM515 - 084和IRSM505 - 084具有諸多出色的特性。它是一個(gè)三相逆變器，包含高壓柵極驅(qū)動(dòng)器，具備集成自舉功能。采用的溝槽FREDFET在25°C時(shí)的 (R{DS(on)}) 為0.45 Ω，所有通道都有欠壓鎖定功能，并且傳播延遲匹配。對(duì)于IRSM505 - 084，還可以通過(guò)NTC進(jìn)行溫度反饋。其優(yōu)化的dV/dt實(shí)現(xiàn)了損耗和EMI之間的平衡，與3.3V邏輯兼容，擁有先進(jìn)的輸入濾波器，可選擇單分流或橋臂分流電流感應(yīng)方式，驅(qū)動(dòng)器對(duì)負(fù)瞬態(tài)電壓具有耐受性，隔離電壓為 (1900 ~V{rms}) ，1分鐘，并且通過(guò)了UL文件編號(hào)E252584的認(rèn)證。

3.2 評(píng)估板特性

評(píng)估板本身也有很多優(yōu)秀的特性。它的標(biāo)稱輸入電壓為110VAC，在無(wú)散熱器的情況下，電機(jī)功率范圍為20 - 150W，板上配備了EMI濾波器，默認(rèn)配置為對(duì)每個(gè)相進(jìn)行電流感應(yīng)，具有過(guò)流保護(hù)功能，能夠感應(yīng)直流母線電壓，有熱敏電阻輸出和故障診斷輸出，測(cè)量測(cè)試點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭兼容。PCB尺寸為90 x 75 mm，有兩層，每層銅厚35 μm，并且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 關(guān)鍵數(shù)據(jù)

從關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)看，IRSM505 - 084和IRSM515 - 084的絕對(duì)最大額定值有明確規(guī)定，例如MOSFET阻斷電壓 (V{DSS}) 最大為250V，25°C時(shí)每個(gè)MOSFET的直流輸出電流 (I{O}) 最大為2.6A，最大功率耗散 (Pmuikaa0wy) 最大為19W等。推薦的工作條件也有詳細(xì)說(shuō)明，如正直流母線輸入電壓 (V+) 范圍為 (2 ? V{CC} + 5) 到200V，PWM載波頻率 (f_{SW}) 最大為20kHz等。評(píng)估板的規(guī)格方面，輸入電壓范圍為90 - 140Vrms，頻率為50/60Hz，輸入電流在特定條件下為1.5Arms，輸出功率三相最大為150W，每相電流最大為1000mA（rms），直流母線最大電壓為200V，最小為45V等。

四、引腳分配

4.1 交流線路連接器J1

J1是交流線路連接器，也可以連接直流電壓。引腳1為接地，引腳2為交流線路輸入（60V - 110V）或直流連接器，引腳3為交流中性輸入或直流連接器。不過(guò)要注意，評(píng)估板沒(méi)有保險(xiǎn)絲，測(cè)試時(shí)建議使用外部保險(xiǎn)絲。

4.2 電機(jī)側(cè)連接器J2

J2是電機(jī)側(cè)連接器，引腳1連接電機(jī)的U相，引腳2連接V相，引腳3連接W相。

4.3 20針接口連接器J3

J3是與控制板的接口連接器，包含了各種信號(hào)引腳。例如，PWMUH、PWMUL等是用于柵極驅(qū)動(dòng)器的邏輯輸入信號(hào)，IU +、IV +、IW + 是分流電壓信號(hào)，GK是過(guò)流時(shí)的柵極關(guān)斷信號(hào)，DCBSENSE是直流母線正電壓信號(hào)，VTH是熱敏電阻輸出信號(hào)等。需要注意的是，輸入信號(hào)為高電平有效，EVAL - M1 - 05 - 84D板上未插入下拉電阻，需要在控制卡上組裝，而iMOTION? MADK控制卡已配備下拉電阻。

五、使用入門(mén)

5.1 系統(tǒng)設(shè)置

要運(yùn)行電機(jī)系統(tǒng)，需要將EVAL - M1 - 05 - 84D功率板與匹配的MADK控制板（如EVAL - M1 - 101T）結(jié)合使用，同時(shí)還需要iMOTION?軟件工具M(jìn)CEDesigner和MCEWizard來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的初始設(shè)置、控制和微調(diào)。具體步驟如下：

1. 從www.infineon.com/imotion - software網(wǎng)頁(yè)獲取最新的”IMC101T - T038 MCE軟件包”。
2. 通過(guò)USB電纜將板載調(diào)試器的PC - USB連接器連接到PC。
3. 將EVAL - M1 - 101T的M1 20針接口連接器（J2）連接到功率板。
4. 使用MCEWizard輸入目標(biāo)電機(jī)的系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)以及評(píng)估板的硬件參數(shù)，計(jì)算控制器的數(shù)字參數(shù)集，然后保存為驅(qū)動(dòng)參數(shù)集文件。
5. 將電機(jī)相輸出連接到電機(jī)。
6. 連接交流電源到電源輸入連接器并開(kāi)啟系統(tǒng)。
7. 啟動(dòng)MCEDesigner工具，打開(kāi)IMC101T - T038控制器的默認(rèn)配置文件。
8. 如果MCEDesigner無(wú)法自動(dòng)連接到控制板，需要更改COM端口。
9. 使用MCEDesigner將系統(tǒng)參數(shù)編程到iMOTION? IC的內(nèi)部SRAM中。
10. 點(diǎn)擊控制欄中的綠色交通燈按鈕啟動(dòng)電機(jī)。

5.2 iMOTION?開(kāi)發(fā)工具和軟件

iMOTION?開(kāi)發(fā)工具M(jìn)CEDesigner和MCEWizard的安裝程序可以從Infineon iMOTIONTM網(wǎng)站下載。板載隔離調(diào)試器提供了PC和目標(biāo)iMOTION?設(shè)備之間的USB到UART橋接，使用SEGGER J - Link驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信。

5.2.1 MCEWizard設(shè)置概述

安裝MCEWizard后，通過(guò)雙擊桌面快捷方式打開(kāi)，在歡迎頁(yè)面通過(guò)下拉列表選擇MADK控制板或功率板。如果最新的功率板未預(yù)先配置在MCEWizard工具中，可以選擇類(lèi)似的功率板并手動(dòng)輸入特定參數(shù)?；卮鹜晁袉?wèn)題后，在“Verify & Save Page”點(diǎn)擊“Calculate”和“Export to Designer File (.txt)”按鈕保存參數(shù)文件。

5.2.2 MCEDesigner設(shè)置概述

安裝MCEDesigner后，通過(guò)桌面快捷方式打開(kāi)，打開(kāi)“IMC101T_xx.irc”文件。要將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)文件編程到IMC101T - T038中，點(diǎn)擊“Tools”菜單中的“Programmer”，選擇“Program Parameters”，瀏覽并選擇MCEWizard創(chuàng)建的參數(shù)文件，然后點(diǎn)擊“Start”按鈕。此外，還可以通過(guò)“Program Firmware and Parameter”選項(xiàng)同時(shí)編程固件和參數(shù)文件。

六、原理圖和布局

6.1 直流母線電壓測(cè)量

連接器J3的引腳14可用于訪問(wèn)直流母線電壓，有三種反饋情況。默認(rèn)情況下，Eval - M1 - 05 - 84D上未安裝R14，相應(yīng)控制卡上必須安裝下拉電阻。根據(jù)下拉電阻的安裝情況，DCBSENSE電壓會(huì)有不同的范圍。如果不需要反饋，應(yīng)移除R13A或R13B以避免連接器上出現(xiàn)高電壓。

6.2 熱敏電阻輸出

20針連接器J3的引腳15提供熱敏電阻/NTC輸出，可以通過(guò)電阻測(cè)量計(jì)算溫度。IRSM505 - 84D的μIPM? - DIP數(shù)據(jù)表中列出了熱敏電阻的詳細(xì)信息。

6.3 EMI輸入濾波器和整流電路

從交流線路輸入連接器J1到整流后的直流母線電壓的電路包括無(wú)源EMI濾波器、整流塊和NTC電阻，用于緩沖整流后的直流母線電壓的電容器。測(cè)試時(shí)建議使用外部保險(xiǎn)絲。

6.4 使用CIPOS? Micro的逆變器部分

逆變器部分使用CIPOS? Micro IPM實(shí)現(xiàn)，包含六個(gè)功率MOSFET和三個(gè)半橋柵極驅(qū)動(dòng)器，還有分流電阻部分和用于提供浮動(dòng)電源電壓的自舉電容器。

6.5 電源

評(píng)估板的電源電路包括LNK304用于直接從直流母線生成15V，線性穩(wěn)壓器LD1117S33從15V生成3.3V。15V和3.3V也會(huì)出現(xiàn)在20針接口連接器J3上，為控制板上的電路供電。

6.6 過(guò)流電路

過(guò)流保護(hù)電路的比較器的集電極開(kāi)路輸出GK上拉到3.3V，并通過(guò)電阻R5和電容器C13進(jìn)行濾波。比較器的閾值可以通過(guò)電阻R6和R7組成的分壓器設(shè)置，默認(rèn)情況下發(fā)射極分流跳閘時(shí)R7為1kΩ，單分流應(yīng)用中R7需要改為3.48kΩ。

6.7 布局

評(píng)估板的布局可用于不同電壓或功率等級(jí)，是兩層PCB。如果需要更詳細(xì)的信息和最新的Gerber文件，可以聯(lián)系技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。

七、物料清單

文檔中提供了評(píng)估板的完整物料清單，包括各種電容、電阻、二極管、連接器、集成電路等元件的詳細(xì)信息，如型號(hào)、數(shù)量、制造商等。

總之，EVAL - M1 - 05 - 84D評(píng)估板為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全面且實(shí)用的平臺(tái)，工程師們可以根據(jù)其特性和使用說(shuō)明進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。大家在使用過(guò)程中遇到問(wèn)題，不妨多參考文檔中的信息，或者與Infineon的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)溝通。你在使用類(lèi)似評(píng)估板時(shí)有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。