EV - MCS - ISOINV - Z 隔離逆變器平臺(tái)快速入門指南

一、概述

隔離逆變器平臺(tái)是一款強(qiáng)大的電源板，它能在 24 - 800Vdc 的直流輸入范圍內(nèi)工作，為電機(jī)或負(fù)載提供三相可變頻率、可變電壓和可變死區(qū)時(shí)間的 PWM 輸出。這個(gè)平臺(tái)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，沒有反饋回路，但開發(fā)者可以根據(jù)需求添加。通過 sigma - delta 調(diào)制器，隔離的電流和電壓反饋信號(hào)被傳輸?shù)娇刂贫?，可用于開發(fā)無傳感器控制算法。逆變器由三相六 IGBT 橋組成，IGBT 的額定電壓為 1200V，由三個(gè)雙隔離柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。采用直流輸入而非交流輸入，能讓直流母線電壓更靈活，不受交流線路峰值的限制。

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二、系統(tǒng)要求

（一）硬件要求

1. 必備硬件
   • ADSP - CM408F EZ - KIT rev 0.2（需單獨(dú)訂購）。
   • EV - MCS - ISOINV - Z 電源板，包含控制電源和適配器板（用于連接 EZkit）。
   • 電源板電源（需自行準(zhǔn)備），該板在 24Vdc - 800Vdc 的直流電源下性能最佳，電源額定功率要與負(fù)載匹配，電源板額定功率高達(dá) 2kVA。輸入處有串聯(lián)二極管，必要時(shí)可使用交流電源驅(qū)動(dòng)，但輸出功率會(huì)受限。
   • 若沒有 Segger J - Link Lite 調(diào)試器（ADSP - CM408 EZ - KIT 會(huì)自動(dòng)配備），則需要 USB 轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器來下載可執(zhí)行演示代碼到 EZ - KIT；若要使用圖形用戶界面（GUI）可視化數(shù)據(jù)變量，也需要該轉(zhuǎn)換器。
2. 可選硬件
   • 三相負(fù)載雖非必需，但為了評(píng)估逆變器組件，讓電流流向輸出端會(huì)更有幫助。常見的三相負(fù)載有三相電機(jī)（如感應(yīng)電機(jī)或永磁同步電機(jī)），也可連接三相三線電阻負(fù)載，不過該負(fù)載不隨板提供。
   • Segger J - Link Lite 調(diào)試器（隨 ADSP - CM408F Ezkit 提供，可用于下載可執(zhí)行文件和代碼開發(fā)，但基本設(shè)置時(shí)并非必需）。
   • 若需要完整的交流前端，逆變器平臺(tái)可與 ADP1047 評(píng)估板（功率高達(dá) 300W）或 ADP1048 評(píng)估板（功率高達(dá) 600W）配合使用。

（二）軟件要求

1. 必備軟件
   • ADSP - CM40x SW Enablement Package version 1.2.0，可從 下載鏈接 獲取。
   • 逆變器演示程序可執(zhí)行文件和鏈接器映射文件，可從 [下載鏈接](https://ez.analog.com/docs/DOC - 12105) 獲取。
2. 可選軟件
   • ADIMonitor 圖形用戶界面，同樣可從 下載鏈接 獲取。
   • IAR Embedded Workbench（用于代碼開發(fā)，版本 6.6 或更高）。
   • Segger J - Link Lite 驅(qū)動(dòng)軟件。

三、硬件設(shè)置

（一）連接步驟

1. 將 EZ - kit 連接到適配器板，再將適配器板連接到電源板，具體連接方式參考文檔中的圖 1。
2. 確保電機(jī)/負(fù)載和電源連接器的接線符合圖 2、表 1 和表 2 的要求。三相負(fù)載可以是電阻組或三相電機(jī)，電源板設(shè)計(jì)為在直流母線電源下運(yùn)行，也可在交流電源下運(yùn)行，但輸出功率受限。
3. 將電源適配器插入連接器 J3，為電路板提供控制電源。注意不要插入 ADSP - CM408 EZkit，它從逆變器板獲取電源，但需在 EZkit 上設(shè)置 JP2 跳線為“5V_INPUT”而非“WALL_POWER”。

（二）信號(hào)測(cè)量

板上有四個(gè) sigma - delta 調(diào)制器，用于提供隔離的電流和電壓測(cè)量或反饋。這些信號(hào)的精度和群延遲由軟件中的數(shù)字濾波器參數(shù)設(shè)置控制。默認(rèn)情況下，測(cè)量的信號(hào)包括 U 相電機(jī)電流、V 相電機(jī)電流、直流母線電壓和 UV 線間電機(jī)電壓。還可通過移除 R69 和 R66 零歐姆電阻，并在 R176 和 R177 處安裝零歐姆電阻，將 VW 線間電機(jī)電壓作為額外的可選反饋信號(hào)，替代直流母線電壓測(cè)量。

四、軟件設(shè)置

（一）下載和安裝軟件

1. 從“軟件要求”中提供的鏈接下載并安裝 ADSP - CM40x SW Enablement Package version 1.2.0，其中包含將可執(zhí)行文件下載到處理器所需的串行引導(dǎo)加載程序。
2. 從“軟件要求”中提供的 Engineer Zone 鏈接下載并安裝 GUI，安裝時(shí)若檢測(cè)到 PC 上沒有.NET 框架，會(huì)提示用戶下載。
3. 從“軟件要求”中提供的 Engineer Zone 鏈接下載逆變器演示可執(zhí)行程序，并將其編程到處理器板（ADSP - CM408 EZkit）。

（二）編程方式

1. 使用串行下載器編程
   • 串行下載器（“wsd.exe”）是 ADSP - CM408 SW Enablement Package 的一部分，安裝后，默認(rèn)安裝目錄下可在 C:Analog DevicesADSP - CM40xCM403F_CM408F_EZ - KITtoolUARTFlashProgrammer 找到。此方法使用 Engineer Zone 鏈接提供的 MC_Demo.hex 可執(zhí)行文件。
   • 具體步驟如下：
     • 用 USB - UART 電纜將 EZ - kit 連接到 PC。
     • 在 EZkit 上使用選擇開關(guān) P3（靠近電源連接器）選擇引導(dǎo)模式 3（UART 引導(dǎo)）。
     • 給 EZkit 上電。
     • 打開 Windows 串行下載器（wsd.exe），選擇合適的選項(xiàng)：目標(biāo)為 ADSP - CM40x（閃存），選擇 USB - 串口電纜連接的 COM 端口（不確定時(shí)可在“設(shè)備管理器 -> 端口”中查看），波特率設(shè)為 115200。
     • 點(diǎn)擊“File to download”下的“Browse”，找到提供的可執(zhí)行文件“MC_demo.hex”。
     • 點(diǎn)擊“Start”。
     • 操作完成后，在 EZkit 上使用選擇開關(guān) P3 選擇引導(dǎo)模式 1（SPI 閃存引導(dǎo)）。
     • 重置 EZkit（靠近電源連接器的 SW2）。
2. 使用 Segger J - Link 編程
   • 此方法使用 JLink 軟件和 EZkit 提供的調(diào)試器對(duì)處理器閃存進(jìn)行編程。
   • 具體步驟如下：
     • 從 [下載鏈接](http://www.segger.com/jlink - software.html) 下載并安裝 Segger JLink 軟件。
     • 點(diǎn)擊 Windows 下的藍(lán)色下載按鈕。
     • 在下一步輸入 Segger JLink Lite 序列號(hào)（印在調(diào)試器板的微控制器上）。
     • 點(diǎn)擊下一個(gè)屏幕的確認(rèn)框，下載并安裝軟件（默認(rèn)安裝位置為 C:Program Files(x86)Segger）。
     • 將 JLink 連接到 PC 的 USB 端口，另一端連接到 CM40x 板的 20 針連接器。
     • PC 會(huì)自動(dòng)安裝 JLink 驅(qū)動(dòng)，完成后給 EZkit 上電。
     • 給 CM408x 板上電。
     • 找到 Segger 安裝位置，點(diǎn)擊 JLink.exe。
     • 在 Jlink 窗口輸入“exec device = ADSP - CM408BSWZ - BF”，確認(rèn)芯片已正確識(shí)別。
     • 將需要加載的二進(jìn)制文件復(fù)制到已知位置，例如將 MC_demo.bin 放在 C:temp。
     • 在 JLink 窗口輸入“l(fā)oadbin c:tempMC_demo.bin, 0x18000000”，加載二進(jìn)制代碼到閃存起始地址。
     • 重置 EZkit（靠近電源連接器的 SW2）。

五、運(yùn)行模式

（一）手動(dòng)模式

手動(dòng)模式下，無需將 EZkit 連接到 PC，可通過板上的撥盤控制輸出頻率和死區(qū)時(shí)間。系統(tǒng)將使用默認(rèn)參數(shù)運(yùn)行，GUI 仍可用于數(shù)據(jù)可視化，但不能用于手動(dòng)模式下的控制，以免控制輸入沖突。 具體步驟如下：

1. 插入 12V 控制電源。
2. 將模式選擇開關(guān)設(shè)置為手動(dòng)。
3. 將啟動(dòng)/停止開關(guān)設(shè)置為停止。
4. 重置 EZkit。
5. 確保沒有故障指示燈亮起。
6. 打開直流母線電源。
7. 將啟動(dòng)/停止開關(guān)設(shè)置為啟動(dòng)。
8. 使用頻率撥盤控制電機(jī)速度/負(fù)載電壓和頻率，使用死區(qū)時(shí)間撥盤控制 PWM 死區(qū)時(shí)間。 通過短接跳線 JP1 可模擬安全扭矩關(guān)斷（STO）故障或關(guān)機(jī)，這將切斷柵極驅(qū)動(dòng)器的電源，并在處理器中觸發(fā) PWM 故障。移除短接并通過瞬時(shí)開關(guān) SW4 重置故障狀態(tài)，電源板將恢復(fù)電機(jī)供電，并將輸出 PWM 提升到之前的工作點(diǎn)（除非在此期間啟動(dòng)/停止按鈕已設(shè)置為停止）。需要注意的是，若重置 EZkit，頻率和死區(qū)時(shí)間設(shè)置將恢復(fù)到默認(rèn)啟動(dòng)值（零 PWM 輸出和 2μs 死區(qū)時(shí)間），即撥盤位置并非絕對(duì)相關(guān)，死區(qū)時(shí)間允許范圍為 500ns 到 20μs。

（二）GUI 模式

1. 串口設(shè)置 解壓安裝壓縮文件后，運(yùn)行安裝程序可執(zhí)行文件“ADIMonitorGUI.exe”加載 GUI 應(yīng)用程序。該 GUI 需要.NET 框架，若 PC 上沒有，會(huì)自動(dòng)下載。首先要設(shè)置串口，將 USB - 串口轉(zhuǎn)換器連接到 EZkit 的 RS232 端口后，右鍵點(diǎn)擊 GUI 右下角，選擇“Connect”。程序應(yīng)會(huì)自動(dòng)選擇正確的 COM 端口，若有多個(gè)選項(xiàng)，右鍵點(diǎn)擊“Configure”并選擇正確的端口，選擇后點(diǎn)擊“Save”，再點(diǎn)擊“Connect”。

2. 電機(jī)控制設(shè)置 接下來要配置電機(jī)控制設(shè)置，這些設(shè)置用于 2 極電機(jī)的開環(huán)伏/赫茲控制。若使用不同極數(shù)的電機(jī)，系統(tǒng)仍可工作，但轉(zhuǎn)速與赫茲的相關(guān)性將不正確。設(shè)置參數(shù)及含義如下：	Parameter	Open Loop V/f control
   VF_GAIN	每赫茲的電壓表示
   VF_BOOST	低速提升電壓表示
   VF_MAX_RATE	每 0.1ms 采樣的轉(zhuǎn)速變化
   I_MAX	未使用
   MAX_RPM	最大轉(zhuǎn)速
   VF_CTRL	開環(huán)伏/赫茲控制設(shè)置為 1
   CCW rotation	勾選為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不勾選為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（從電機(jī)軸端看）
   Speed reference	速度參考

輸入配置設(shè)置后，點(diǎn)擊“Configure”。設(shè)置 VF_GAIN 和 VF_MAX_RATE 時(shí)需謹(jǐn)慎，若 VF_GAIN 設(shè)置過高，電機(jī)將吸取大電流，可能導(dǎo)致過流跳閘；若 VF_MAX_RATE 設(shè)置過高，電機(jī)電壓和頻率將快速上升，也可能導(dǎo)致過流跳閘。若發(fā)生過流、PWM 跳閘或 STO 跳閘，點(diǎn)擊 GUI 的“Reset Trip”按鈕，然后點(diǎn)擊“Stop”，必要時(shí)降低 VF_GAIN 或 VF_MAX_RATE 以限制穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電流幅度，再重新啟動(dòng)電機(jī)。按下“Reset Trip”命令后，故障指示燈應(yīng)會(huì)清除。

六、運(yùn)行電機(jī)

要控制電機(jī)，導(dǎo)航到“Control and Monitor”選項(xiàng)卡。在此處，點(diǎn)擊“Start”按鈕啟動(dòng)電機(jī)，通過移動(dòng)滑塊或在數(shù)字框中輸入速度來改變電機(jī)速度，也可通過移動(dòng)滑塊或在數(shù)字框中輸入納秒值來改變死區(qū)時(shí)間。

七、數(shù)據(jù)可視化

選擇要繪制的變量時(shí)，通過“Plot”列的復(fù)選框進(jìn)行選擇，變量可在 Plot 1 或 Plot 2 中繪制。使用 GUI 流式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)字節(jié)數(shù)和緩沖區(qū)有一定限制，程序?qū)⒖偩彌_區(qū)大小限制為 1.7k 字節(jié)?？赏ㄟ^減小緩沖區(qū)大小（最大為 200）來增加繪制的變量數(shù)量，但允許的最大選定變量大小為 8 字節(jié)（例如 2xSINGLE 或 4xINT16，或 1xSINGLE + 2xINT16 等）。 準(zhǔn)備繪制變量的步驟如下：

1. 選擇所有要繪制的變量，并確定每個(gè)變量是在 Plot 1 還是 Plot 2 中繪制，同時(shí)要考慮最大緩沖區(qū)內(nèi)存大?。?.7k）和每個(gè)緩沖區(qū)的最大字節(jié)數(shù)（8）。
2. 設(shè)置下采樣因子，緩沖區(qū)時(shí)間片長(zhǎng)度等于 PWM 開關(guān)周期乘以采樣率。例如，采樣率為 1 時(shí)，采樣周期為 100μs，緩沖區(qū)長(zhǎng)度為 200 時(shí)，繪圖時(shí)間片長(zhǎng)度為 20ms。若要查看更長(zhǎng)的時(shí)間片，可增加下采樣因子。
3. 點(diǎn)擊“Update Configuration”。
4. 在“Control and Monitor”選項(xiàng)卡上，點(diǎn)擊“Start Plotting”。
5. 若要更改變量，點(diǎn)擊“Stop Plotting”，返回“Configure”選項(xiàng)卡更改配置的變量。

八、其他板功能

本快速入門指南介紹了如何使用 ADSP - CM408 EZkit 控制逆變器平臺(tái)，但該平臺(tái)設(shè)計(jì)為可輕松與任何合適的處理器或 FPGA 板配合使用。最低要求是提供六個(gè) PWM 邏輯電平信號(hào)（3.3V）來驅(qū)動(dòng) IGBT，以及一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)。來自故障邏輯、手動(dòng)撥盤/開關(guān)和 sigma - delta 調(diào)制器的反饋信號(hào)也可反饋到處理器或 FPGA。 此外，0.1” 頭連接器上提供了備用的模擬和數(shù)字引腳，可用于將其他外部信號(hào)（如電機(jī)編碼器反饋）路由到 ADSP - CM408 EZkit 或通過主 P1 連接器連接到其他處理器或 FPGA 套件。有關(guān)外部連接器 J4 - J9 的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參考原理圖。 板上還有許多測(cè)試點(diǎn)，可使用示波器查看板上信號(hào)，包括控制器側(cè)和隔離電源電壓、所有柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)（邏輯電平和隔離）、所有 sigma - delta 調(diào)制器時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)、sigma - delta 位流的模擬濾波輸出（提供 U 相和 V 相電流以及 U - V 電機(jī)線間電壓的模擬表示）、故障信號(hào)、使能信號(hào)和手動(dòng)撥盤輸出。 如前文所述，可將數(shù)字 PFC 控制器評(píng)估板連接到輸入，以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 300 - 600W 的交流市電操作。還提供了 I2C 隔離器和連接器，可將該板連接到其中一個(gè) PFC 評(píng)估板的 I2C 連接器，以便從控制處理器或 FPGA 控制 PFC 評(píng)估板。

九、支持

若在 EV - MCS - ISOINV - Z 平臺(tái)的設(shè)置和操作方面遇到支持問題，請(qǐng)?jiān)L問 [工程師支持網(wǎng)站](https://ez.analog.com/community/motor - control - hardware - platforms2)。對(duì)于其他支持問題，可訪問 技術(shù)支持網(wǎng)站，針對(duì)處理器和處理器工具的特定問題，可訪問 相關(guān)社區(qū) 或發(fā)送電子郵件至 processor.tools.support@anal