EVAL - M1 - 05F804R評(píng)估板：電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的利器

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的領(lǐng)域中，評(píng)估板的性能和功能對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下Infineon的EVAL - M1 - 05F804R評(píng)估板，它是iMOTION?模塊化應(yīng)用設(shè)計(jì)套件的一部分，為電機(jī)控制提供了全面的解決方案。

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一、評(píng)估板概述

EVAL - M1 - 05F804R評(píng)估板屬于iMOTION?模塊化應(yīng)用設(shè)計(jì)套件（iMOTION? MADK），主要用于電機(jī)控制。它通過(guò)20針的iMOTION? MADK - M1接口連接器，能輕松與不同的控制板進(jìn)行連接，適用于各種功率級(jí)別的應(yīng)用。

該評(píng)估板旨在為CIPOS? Nano功率部分提供易于理解的解決方案，具有直流輸入和三相輸出，包含用于電流感應(yīng)的單分流器和用于直流母線電壓測(cè)量的分壓器。不過(guò)需要注意的是，該產(chǎn)品未根據(jù)汽車電子委員會(huì)的AEC Q100或AEC Q101文件進(jìn)行認(rèn)證，且評(píng)估板僅用于實(shí)驗(yàn)室條件下的評(píng)估和測(cè)試，并非商業(yè)化產(chǎn)品。

1.1 主要特性

這款評(píng)估板是一個(gè)完整的功率評(píng)估板，配備三相智能功率模塊（IPM），充分展示了Infineon的電機(jī)驅(qū)動(dòng)IPM技術(shù)。CIPOS? Nano智能功率模塊IRSM005 - 800MH具有以下主要特性：

• 電壓與電流：MOSFET漏源電壓為40V，在25°C外殼溫度下，最大直流電流可達(dá)80A（鍵合線電流限制為49A）。
• 封裝優(yōu)勢(shì)：采用具有低熱阻和最小寄生電感的封裝，獨(dú)立柵極驅(qū)動(dòng)器與邏輯輸入同相。
• 供電與兼容性：柵極驅(qū)動(dòng)電源為15V，3.3V邏輯輸入兼容，傳播延遲符合規(guī)定規(guī)格。
• 保護(hù)功能：驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部具有欠壓鎖定保護(hù)，通過(guò)電阻可設(shè)置dv/dt的驅(qū)動(dòng)器輸出和HEXFET柵極端子外露。

1.2 關(guān)鍵數(shù)據(jù)

1.3 評(píng)估板規(guī)格

二、系統(tǒng)與功能描述

2.1 功能模塊描述

評(píng)估板的功能模塊包括直流輸入（J1）、三相輸出（J2）、直流電容、帶有溫度傳感器的CIPOS Nano IPM、電流感應(yīng)、PWM保護(hù)、輔助電源和M1連接器。

2.1.1 引腳分配

2.1.2 系統(tǒng)連接

以EVAL - M1 - 101T為例，系統(tǒng)連接步驟如下：

1. 從www.infineon.com/imotion - software網(wǎng)站獲取最新的“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（如EVAL - M1 - 05F804R）。
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)算代表完整電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器數(shù)字參數(shù)集，保存參數(shù)文件。
5. 將電機(jī)相輸出連接到電機(jī)，將直流電源連接到功率輸入連接器并開(kāi)啟系統(tǒng)。
6. 啟動(dòng)MCEDesigner工具，打開(kāi)IMC101T - T038控制器的默認(rèn)配置文件（.irc）。
7. 若MCEDesigner無(wú)法自動(dòng)連接到EVAL - M1 - 101T控制板，更改COM端口。
8. 使用“Tools” > “Programmer”將系統(tǒng)參數(shù)編程到iMOTION? IC的內(nèi)部SRAM中。
9. 點(diǎn)擊控制欄中的綠色交通燈按鈕啟動(dòng)電機(jī)，紅色按鈕停止電機(jī)。

2.1.3 iMOTION?開(kāi)發(fā)工具和軟件

iMOTION?開(kāi)發(fā)工具（MCEDesigner和MCEWizard）的安裝程序可從Infineon iMOTIONTM網(wǎng)站下載。板載隔離調(diào)試器提供PC與目標(biāo)iMOTION?設(shè)備之間的USB到UART橋接，具有1kV直流電氣隔離。

2.1.4 MCEWizard設(shè)置概述

安裝MCEWizard后，在Windows桌面上會(huì)出現(xiàn)快捷方式。打開(kāi)MCEWizard后，可從下拉列表中選擇MADK控制板或功率板。若最新的功率板未預(yù)配置，可選擇相似的功率板并手動(dòng)輸入特定參數(shù)。回答完所有問(wèn)題后，點(diǎn)擊“Calculate Parameters”和“Export to Designer File (.txt)”保存參數(shù)文件。

2.1.5 MCEDesigner設(shè)置概述

安裝MCEDesigner后，打開(kāi)“IMC101T_xx.irc”文件。將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)文件編程到IMC101控制器后，MCEDesigner可用于啟動(dòng)/停止電機(jī)、顯示電機(jī)電流軌跡、更改電機(jī)速度等。若要編程新固件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，可通過(guò)“Tools” > “Programmer”進(jìn)行操作。

2.2 跟蹤功能

MCEDesigner具有跟蹤功能，可捕獲系統(tǒng)運(yùn)行期間的參數(shù)變化，有助于調(diào)試系統(tǒng)和檢查PCB布局/參數(shù)。

2.3 TCMAX與IOUT在不同PWM載波頻率下的關(guān)系

在Ta = 25°C、24 VDC的條件下，不同載波頻率下模塊的Tc與輸出電流的關(guān)系如圖所示。

2.4 IPM冷卻選項(xiàng)

EVAL - M1 - 05F804R有三種冷卻選項(xiàng)：

• 自冷卻：IRSM005 - 800MH通過(guò)PCB上的銅和過(guò)孔進(jìn)行雙面冷卻。在0 - 10.2 A負(fù)載（輸入：直流24V，F(xiàn)PWM = 9 kHz，Ta = 25°C，TC ≤100°C）下，僅依靠PCB銅散熱即可正常工作。
• 散熱片冷卻：對(duì)于高電流和低溫升應(yīng)用，評(píng)估板在PCB底部預(yù)留了50 mmX50 mm的空間用于安裝散熱片，安裝時(shí)需使用隔離熱墊。
• 風(fēng)扇冷卻：無(wú)論在自冷卻還是散熱片模式下，都支持額外的風(fēng)扇冷卻。風(fēng)扇冷卻模式下，建議將Tc限制設(shè)置低于85°C，以防止MOSFET過(guò)熱。

三、原理圖、布局、物料清單和連接器詳情

3.1 逆變器部分

逆變器部分采用CIPOS? Nano實(shí)現(xiàn)，使用三個(gè)半橋模塊作為三相逆變器橋部分，每個(gè)半橋模塊包含兩個(gè)功率MOSFET和一個(gè)半橋柵極驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)還包括分流電阻部分，三個(gè)電容器C4、C5和C6用作自舉電容器，分別提供必要的浮動(dòng)電源電壓VBU、VBV和VBW。

3.2 DC/DC

評(píng)估板上的電源電路包括LM5163用于從直流母線生成+3.3 V，LMR64010用于從+3.3 V生成15 V。15 V連接到CIPOS? Nano內(nèi)部的柵極驅(qū)動(dòng)器，LED1用于指示板是否通電。15 V和+3.3 V也出現(xiàn)在20針接口連接器J3上，為控制板上的電路供電。

3.3 DC - link電壓測(cè)量

連接器J3的引腳14可訪問(wèn)直流母線電壓，有三種可能的反饋情況。R42是連接器打開(kāi)時(shí)連接端口的安全電阻，直流母線感應(yīng)的低端電阻為R48//R1（EVAL - M1 - 101T），即13.13 kΩ。

3.4 電流感應(yīng)和放大

EVAL - M1 - 05F804R的電流反饋通過(guò)R16進(jìn)行信號(hào)分流感應(yīng)，其阻值為5 mΩ。電流輸出IU +和IU -連接到J3。LPF由R20/R23/C14/C15組成，用于去除R16的EMC噪聲。電流放大器由R18/R19/R20/R22/R23/C13 U1A組成，具有較低的噪聲和比例放大功能。

3.5 EVAL - M1 - 101T上的電流反饋

電流信號(hào)傳輸?shù)娇刂瓢鍟r(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)衰減和增益調(diào)整。總增益為13.29，總靈敏度為66.4 mV/A，電流偏移為1.06 V。由于控制板ADC范圍為3.3 V，需將控制板的內(nèi)部增益設(shè)置為“1”。

3.6 OCP、GK和Iocp設(shè)置

3.6.1 OCP和設(shè)置

U11B設(shè)置為高速施密特比較器，過(guò)流閾值為1.98 V，反射過(guò)流閾值為17.2 A，響應(yīng)時(shí)間為100 nS。

3.6.2 PWM關(guān)閉和GK輸出

當(dāng)發(fā)生過(guò)流時(shí)，U11B引腳7輸出“0”，C23迅速放電，U12B輸出邏輯“0”信號(hào)，作為所有PWM輸入的關(guān)閉信號(hào)和通知控制板停止PWM輸出的門(mén)控信號(hào)。關(guān)閉的總延遲時(shí)間為1.6 us。過(guò)流消除后，U11B變?yōu)檫壿嫛?”，C23通過(guò)R36充電，充電時(shí)間常數(shù)為220 us。

3.6.3 MCEWizard中的OCP設(shè)置

對(duì)于EVAL - M1 - 101T，內(nèi)部比較器的默認(rèn)閾值為1.8 V（對(duì)應(yīng)17 A）?？筛鶕?jù)公式Vref = Voffset + Vshunt2 × IOC P / 1000計(jì)算MCEWizard的過(guò)流保護(hù)閾值。

3.7 SPWM輸入和功率輸出

評(píng)估板的SPWM輸入和功率輸出呈現(xiàn)典型的無(wú)刷電機(jī)正弦電流波形。

3.8 NTC熱敏電阻特性和過(guò)熱保護(hù)計(jì)算

3.9 布局

評(píng)估板的PCB銅布局和覆蓋層設(shè)計(jì)有助于優(yōu)化電路性能。

3.10 物料清單

四、訂購(gòu)詳情和其他信息

目前，功率板可小批量訂購(gòu)，PCB和Gerber詳情在達(dá)成合適協(xié)議后可與客戶共享?？蛻羧粢M(jìn)行測(cè)試，建議訂購(gòu)EVAL - M1 - 05F804R，可通過(guò)www.infineon.com.com/MADK在線購(gòu)買(mǎi)。

同時(shí)，Infineon的產(chǎn)品注冊(cè)現(xiàn)在可以在線完成。注冊(cè)步驟如下：

1. 訪問(wèn)www.Infineon.com，登錄myinfineon。
2. 點(diǎn)擊“Product Registration”。
3. 選擇您的板并輸入板系列號(hào)，下載相關(guān)信息包。

總之，EVAL - M1 - 05F804R評(píng)估板為電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了豐富的功能和特性，工程師們?cè)谑褂眠^(guò)程中需仔細(xì)閱讀文檔，確保正確操作和使用。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似評(píng)估板的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。