EVAL-M1-6ED2230-B1評估板：電機驅動設計的得力助手
EVAL-M1-6ED2230-B1評估板：電機驅動設計的得力助手
在電機驅動應用的設計領域，評估板的作用至關重要。今天我們就來詳細了解一下英飛凌（Infineon）的EVAL - M1 - 6ED2230 - B1評估板，它能為我們在電機驅動設計中帶來哪些便利呢？
一、概述
EVAL - M1 - 6ED2230 - B1是一款完整的功率評估板，專為電機驅動應用而設計。它包含一個EasyPIM? 1200V Easy1B三相模塊，搭配EiceDRIVER? 6ED2230S12T三相柵極驅動器IC，展示了英飛凌基于SOI的柵極驅動器IC技術。該評估板主要用于支持客戶在使用6ED2230S12T進行應用設計的初始階段。
適用人群
這份應用筆記主要面向使用EVAL - M1 - 6ED2230 - B1評估板的技術專家。
訂購信息
| 基礎部件編號 | 封裝形式 | 標準包裝 | 可訂購部件編號 |
|---|---|---|---|
| EVAL - M1 - 6ED2230 - B1 | EVAL | 盒裝 | EVALM16ED2230B1TOBO1 |
| 6ED2230S12T | DSO - 24 | 卷帶包裝 | 6ED2230S12TXUMA1 |
| EVAL - M1 - 099M - C 或 EVAL - M1 - 1320 | MAD - K EVAL | 泡罩托盤 | EVALM1099MCTOBO1 或 EVALM11302TOBO1 |
| FP15R12W1T4 | EasyPIM? 1B模塊 | 托盤 | FP15R12W1T4BOMA1 |
二、安全注意事項
在使用EVAL - M1 - 6ED2230 - B1評估板時，安全問題不容忽視。以下是一些重要的安全注意事項：
- 接地與測量：評估板系統(tǒng)的接地電位偏置為負直流母線電壓電位，使用示波器測量電壓波形時，建議使用差分探頭，否則可能導致人身傷害甚至死亡。而且，顯示屏LED變暗并不意味著電容器已放電到安全電壓水平。
- 電容器放電：系統(tǒng)包含直流母線電容器，主電源移除后需要時間放電。在對驅動系統(tǒng)進行操作前，需等待三分鐘，確保電容器放電到安全電壓水平。
- 人員要求：只有熟悉驅動和相關機械的人員才能進行系統(tǒng)的安裝、啟動和后續(xù)維護，否則可能導致人身傷害和設備損壞。
- 表面溫度：驅動表面可能會變熱，可能會造成燙傷。
- 靜電防護：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。
- 正確使用：錯誤的應用或安裝可能導致組件損壞或產(chǎn)品壽命縮短，如電機尺寸過小、交流電源供應不正確或環(huán)境溫度過高等都可能導致系統(tǒng)故障。
- 斷電操作：在斷開或重新連接電線或進行維修工作前，必須移除并鎖定驅動器的電源，并等待三分鐘讓母線電容器放電。
- 包裝材料：評估板發(fā)貨時帶有包裝材料，安裝前需移除，否則可能導致過熱或異常運行。
- 電源使用：該板設計用于實驗室電源，交流輸入不能直接連接到電網(wǎng)，需要使用帶線路側EMI濾波器和保險絲的隔離變壓器或實驗室交流電源。
- 隔離要求：評估板僅提供功能隔離，信號輸入源和評估板之間需要外部電路提供額外的安全隔離，同時建議為柵極驅動器IC使用隔離（基本）電源。
大家在實際操作中，一定要嚴格遵守這些安全注意事項，避免發(fā)生意外。
三、評估板介紹
兼容性
EVAL - M1 - 6ED2230 - B1評估板與iMOTION? MADK（模塊化應用設計套件）兼容，可與各種功率級和不同的控制板（如Eval - M1099M - C或Eval - M1 - 1302）通過20針M1接口連接器輕松連接。
功能特點
該評估板提供交流和直流輸入以及三相功率輸出，包含一個用于電流傳感的單發(fā)射極分流器和一個用于直流母線電壓測量的分壓器。它旨在提供具有EiceDRIVER?柵極驅動器IC和EasyPIM? 1B功率模塊的全面功率級解決方案。
設計考慮
在設計過程中考慮了環(huán)境條件，但該設計僅經(jīng)過功能測試，未針對安全要求、整個工作溫度范圍或壽命進行資格認證。評估板僅適用于實驗室條件下的專業(yè)人員使用。
四、主要特性
柵極驅動器IC特性
EiceDRIVER? 6ED2230S12T三相柵極驅動器IC具有以下主要特性：
- 技術優(yōu)勢：采用薄膜SOI技術，浮動通道專為自舉操作設計，可在高達 + 1200 V的電壓下完全運行，對負瞬態(tài)電壓具有耐受性，且具有dV/dt免疫能力。
- 電源范圍：柵極驅動電源范圍為12 V至20 V。
- 保護功能：具備欠壓鎖定、過流保護和故障報告功能，還集成了先進的輸入濾波器和死區(qū)時間保護，可防止直通（交叉導通）。
- 邏輯兼容性：3.3 V、5 V和15 V輸入邏輯兼容，所有通道的傳播延遲匹配，輸出與輸入同相，并且具有超快集成自舉二極管和可調故障清除時間。
評估板特性
- 功率范圍：適用于高達2 kW的電機功率范圍。
- 保護功能：具備板載過流保護。
- 功率模塊：采用EasyPIM?功率模塊FP15R12W1T4，額定電流為15A（(T_{C}=100^{circ} C)），符合RoHS標準。
- PCB規(guī)格：PCB尺寸為130 x 120 mm，采用兩層35 μm銅箔。
五、關鍵數(shù)據(jù)
絕對最大額定值
| 符號 | 描述 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| (V_{CC}) | 低側電源電壓 | - 0.3 | 25 | V |
| (V_{IN}) | 邏輯輸入電壓（LIN, HIN, RFE, ITRIP） | (V_{SS}- 0.3) | (V_{CC}+ 0.3) | V |
| (V_{B1,2,3}) | 高側浮動電源電壓 | - 0.3 | 1225 | V |
| (V_{S1,2,3}) | 高側浮動電源返回電壓 | (V_{B1,2,3}- 25) | (V_{B1,2,3}+ 0.3) | V |
| (V_{HO1,2,3}) | 浮動柵極驅動輸出電壓 | (V_{S1,2,3}- 0.3) | (V_{B1,2,3}+ 0.3) | V |
| (V_{LO1,2,3}) | 低側輸出電壓 | - 0.3 | (V_{CC}+ 0.3) | V |
| (V_{SS}) | 邏輯地 | (V_{CC}- 25) | (V_{CC}+ 0.3) | V |
| (dV_{S}/dt) | 允許的(V_{S})偏移電源瞬態(tài)相對于COM | - | 50 | V/ns |
| (T_{J}) | 工作結溫 | - | 150 | °C |
| (T_{S}) | 存儲溫度范圍 | - 40 | 150 | °C |
推薦工作條件
| 符號 | 描述 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| (V_{B1,2,3}) | 高側浮動電源電壓 | (V_{S}+ 12) | (V_{S}+ 15) | (V_{S}+ 20) | V |
| (V_{S1,2,3}) | 高側浮動電源偏移電壓 | COM - 8 | - | 1200 | V |
| (V_{CC}) | 低側和邏輯固定電源電壓 | 10 | 15 | 20 | V |
| (L_{IN}) | 邏輯輸入電壓LIN, HIN | (V_{SS}) | - | (V_{SS}+ 5) | V |
| (H_{IN}) | 高側PWM脈沖寬度 | 1 | - | - | μs |
| 死區(qū)時間 | LIN和HIN之間建議的死區(qū)時間 | 0.3 | 0.5 | - | μs |
評估板規(guī)格
| 參數(shù) | 值 | 條件 / 注釋 |
|---|---|---|
| 輸出功率 | ||
| 最大功率 | 2 kW | 受散熱器限制 |
| 最大輸出電流（RMS） | 2 A | |
| 功率器件 | ||
| FP15R12W1T4 | Easy PIM模塊 | |
| 直流母線電壓 | ||
| 最大直流母線電壓 | 800 V | |
| 最小直流母線電壓 | 200 V | |
| (V_{CC})電源電壓 | ||
| 柵極驅動器IC電源電壓 | 15 V | |
| 保護功能 | ||
| 過流保護觸發(fā)水平 | 6 Apk | 通過更改分流電阻配置 |
| 板載電源 | ||
| 3.3V | 3.3 V +/- 2%，最大800 mA | |
| PCB特性 | ||
| 材料 | FR4，1.6 MM厚度，銅厚度 = 1oz（35 um） | |
| 尺寸 | 130 mm x 120 mm | |
| 系統(tǒng)環(huán)境 | ||
| 環(huán)境溫度 | 0 - 70°C | 最大95%RH（非冷凝） |
六、引腳分配
各連接器引腳詳情
| 連接器 | 引腳 | 詳情 |
|---|---|---|
| DC輸入連接器J3 | 1 | DC + 連接器 |
| 2 | DC - 連接器 | |
| AC輸入連接器J1 | 1 | 連接到交流輸入L1 |
| 2 | 連接到交流輸入L2 | |
| 3 | 連接到交流輸入L3 | |
| 電機側連接器J2 | 1 | 連接到電機相U |
| 2 | 連接到電機相V | |
| 3 | 連接到電機相W | |
| 柵極驅動器(V_{CC})電源連接器J7 | 1 | 柵極驅動器IC接地 |
| 2 | 柵極驅動器IC 15V電源 | |
| M1 20針接口連接器J5 | 1 | 3.3 V兼容邏輯輸入，用于高側柵極驅動器，相U |
| 2 | 接地 | |
| 3 | 3.3 V兼容邏輯輸入，用于低側柵極驅動器，相U | |
| 4 | 接地 | |
| 5 | 3.3 V兼容邏輯輸入，用于高側柵極驅動器，相V | |
| 6 | 3.3V電源 | |
| 7 | 3.3 V兼容邏輯輸入，用于低側柵極驅動器，相V | |
| 8 | 3.3V電源 | |
| 9 | 3.3 V兼容邏輯輸入，用于高側柵極驅動器，相W | |
| 10 | 分流電壓 + | |
| 11 | 3.3 V兼容邏輯輸入，用于低側柵極驅動器，相W | |
| 12 | 分流電壓 - | |
| 13 | 柵極關閉 | |
| 14 | 輸入，4 Mohm電阻后直流母線電壓感測 |
七、原理圖與布局
原理圖概述
評估板的原理圖展示了各個部分的連接關系，在使用該板驅動負載時，柵極電阻值應根據(jù)應用和負載電流進行調整。
逆變器部分
采用EasyPIM?模塊FP15R12W1T4實現(xiàn)逆變器部分，這是一個1200 V三相模塊，包括整流器、制動斬波器和IGBT逆變器級。輸入功率可以是直流（通過連接器J3在節(jié)點P和N之間輸入）或交流（通過連接器J1在節(jié)點L1、L2和L3輸入），NTC熱敏電阻和斬波器在該評估板上未連接。
柵極驅動器IC電源
電路包括一個LD1117S33線性穩(wěn)壓器，用于從15V (V{CC})生成3.3 V。(V{CC})用于為IC 6ED2230S12T柵極驅動器供電，需要外部提供。3.3 V電源用于與故障/啟用功能相關的電路，(V_{CC})和3.3 V也出現(xiàn)在20針J5接口連接器上，連接到控制板上的功率電路。
過流保護電路
比較器閾值可以通過分壓器設置，ITRIP引腳感測該電壓。一旦檢測到過流事件，驅動器IC輸出將關閉，RFE引腳將被拉低到(V_{SS})。評估板上選擇并聯(lián)的兩個0.33歐姆分流電阻來檢測6A峰值電流，觸發(fā)過流保護并關閉柵極驅動器IC的輸出。如果需要不同的電流水平，需要相應調整分流電阻，并考慮電壓降和功率耗散。
死區(qū)時間考慮
為保證系統(tǒng)正常運行并防止直通，建議控制器側設置至少1 μs的死區(qū)時間。
PCB布局
PCB默認有兩個35 μm銅箔的電氣層，尺寸為130 × 120 mm，厚度為1.6 mm。如果需要更詳細的信息和最新的Gerber文件，可以聯(lián)系技術支持團隊。
八、物料清單
評估板的物料清單詳細列出了各個組件的信息，包括電容器、連接器、電阻器、IC等，為我們了解評估板的組成提供了重要參考。
九、參考資料
可以從英飛凌的網(wǎng)站上下載EiceDRIVER? 6ED2230S12T和EasyPIM? FP15R12W1T4的 datasheet，獲取更詳細的技術信息。
EVAL - M1 - 6ED2230 - B1評估板為電機驅動設計提供了一個全面的解決方案，具有豐富的功能和特性。在使用過程中，大家一定要嚴格遵守安全注意事項，根據(jù)實際需求合理調整參數(shù)，充分發(fā)揮評估板的優(yōu)勢。大家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)分享交流。
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