Onsemi STR-ECS640A-GEVB评估板：电机控制设计的得力助手

在电机控制设计领域，一款优秀的评估板能极大地加速开发进程，为工程师们提供便捷的测试和验证平台。今天，我们就来深入了解一下Onsemi的STR-ECS640A-GEVB评估板，看看它有哪些独特之处。

文件下载：onsemi STR-ECS640A-GEVK评估套件.pdf

评估板概述

STR-ECS640A-GEVB评估板搭载了Onsemi全新的ecoSpin电机控制器ECS640A，集成了Arm® Cortex®−M0+微控制器、嵌入式栅极驱动器、运算放大器和自举二极管等关键组件。它可配置用于控制正弦或梯形电机，搭配Strata Developer Studio使用时，默认软件具备一些基本功能。此外，板载还配备了隔离式J - link电路，方便用户进行开发。

该评估板主要用于支持客户在使用ECS640A可配置电机控制系统进行应用设计的初期阶段。不过需要注意的是，虽然其设计经过了文档中所述的测试，但并未针对安全要求、全工作温度范围或使用寿命内的制造和运行进行全面认证，仅适用于实验室条件下由专业技术人员进行功能测试。

评估板特性

强大的硬件配置

• 单ECS640A封装设备：集成了逻辑控制器、栅极驱动器和运算放大器，高度集成化的设计减少了外部元件的使用，提高了系统的稳定性和可靠性。
• 高输出功率：输出功率可达650 W，能够满足多种电机控制应用的需求。
• 电压倍增器：支持110 V或220 V的总线配置，通过电压倍增器可灵活适应不同的电源输入。
• 可配置的电机控制方法：适用于梯形或矢量定向（FOC和DTFC）电机应用，为工程师提供了多样化的控制策略选择。
• 隔离式J - link板载电路：方便进行编程和调试，确保开发过程的高效性。
• 功率级逆变器：由6个Onsemi IGBT（FGPF15N60UNDF）组成，能够提供稳定的功率输出。
• 用户友好的GUI：ecoSpin电机控制器接口提供了直观的图形化界面，便于工程师进行电机控制应用的精细调整。
• NCP10970 DC/DC转换器：可提供15 VDC（降压拓扑）和3.3 VDC（嵌入式LDO）两种电压输出，满足不同组件的供电需求。

详细的电压分布

评估板的电压分布清晰明确，不同区域具有不同的电压特性和用途。具体如下：	区域	电压特性	连接端口
区域1	相对于负直流母线电压电位，电压最高可达20 V（低电压非隔离）	J15, J16, J22
区域2	与区域1的接地参考隔离，最大内部电压降为5 V ±5%	J8, J9, J10
区域3	与区域1的接地参考隔离，最大内部电压降为5 V ±5%	J3
区域4	与区域1的接地参考隔离，PWM_IN输入的供电信号在5 V至12 V之间可正常工作	J4
区域5	高电压非隔离	J1, J2

需要注意的是，区域2、3和4的参考信号不一定共享，且强烈建议不要将区域1的参考信号与其他区域短路，以免造成安全隐患。

安全注意事项

在操作STR-ECS640A-GEVB评估板时，必须严格遵守以下安全预防措施，以确保人身安全和设备正常运行：

1. 示波器连接：区域1和5的接地电位与负直流母线电压电位相关，连接示波器探头时，示波器的接地必须隔离，否则可能导致人身伤害甚至死亡。
2. 信号隔离：区域1和5内的连接器未与地（PE）电位偏置，在连接这些区域之前，建议对信号进行隔离。
3. 电容放电：评估板系统中的直流母线电容在移除主电源后需要时间放电，触摸模块前需等待十分钟，确保电容放电至安全电压水平，否则可能导致人身伤害。
4. 专业人员操作：只有熟悉驱动器和相关机械的人员才能进行系统的安装、启动和后续维护工作，否则可能导致人身伤害和设备损坏。
5. 散热注意：散热器表面可能会变热，触摸时可能会造成烫伤。
6. 静电防护：评估板系统中的部分组件对静电放电（ESD）敏感，安装、测试、维修时需要采取静电控制措施，否则可能导致组件损坏。
7. 正确应用和安装：驱动器的错误应用或安装可能导致组件损坏或产品寿命缩短，如电机选型过小、交流电源供应不正确或环境温度过高等都可能导致系统故障。
8. 电源操作：在断开或重新连接电线或进行维护之前，必须移除并锁定驱动器的电源，等待十分钟让母线电容放电至零，否则可能导致人身伤害。
9. 电压倍增器使用：电压倍增器仅适用于110 V rms电源输入，在220 V rms输入时使用可能导致人身伤害。

电气参数

最大额定值

参数	符号	数值	单位
输入电压范围（注1）	Vin	230	Vac
输出功率	Pout	650	W
每个逆变器支路电流	lout	2.6	Arms
过流保护	-	4	Apeak
工作温度	Tmax	-20 to 105	℃

超过最大额定值的应力可能会损坏设备，影响其功能和可靠性。使用时应参考电气特性、推荐工作范围和应用信息等文档，确保在安全的参数范围内操作。

推荐工作范围

参数	符号	最小值	最大值	单位
输入电压	Vin	24	230	Vac
环境温度	TA	-20	60	℃

虽然设备在超出推荐工作范围的条件下可能仍能工作，但长时间暴露在这些应力下可能会影响设备的可靠性。

用户配置

控制类型和应用

评估板可以分别采样每个逆变器支路电流、每个输出电压和高压直流母线电压，但用户可以根据自己的应用需求选择使用相关数据，忽略其他AD引脚采样的额外数据。

电流增益和偏移由ECS640A嵌入式运算放大器确定，这些运算放大器的输出直接连接到ECS640A内部Arm Cortex−M0+微控制器（Nebo - 40 - 64）的AD输入引脚。外部运算放大器输出的电流信号还会输入到过流保护电路。

用户可以访问设置分流值、增益、偏移和过流保护设定点的组件，这些电路在评估板的原理图中清晰可见。但需要注意的是，手动更换电子部件存在风险，可能会因短路、冷焊等问题导致意外后果，并且更换后需要更新应用程序软件以反映硬件的变化。

评估板还提供了专门的过流电路，适用于考虑电流总和方法的应用。如果用户更喜欢单分流母线过流方法，则需要更改分流拓扑，并使用第4个运算放大器电路及其相应的增益、偏移和过流保护设定点。

电压输入和电机连接

评估板支持不同的交流整流配置，包括电压倍增器拓扑（120AC输入）和全波拓扑（230VA输入）。具体配置方法如下：

• 电压倍增器拓扑（120AC输入）：需要安装跳线J6和电容C3。
• 全波拓扑（230VA输入）：需要移除J6跳线和C3电容，并在C3位置添加J7跳线。

需要特别注意的是，不要在230 VAC输入时使用电压倍增器拓扑，否则会导致严重损坏。使用电压倍增器拓扑时，高压直流母线电压大约是输入峰值电压的两倍。

通用特性

评估板具有丰富的用户配置选项和功能，包括用户输入配置、LED配置和编程调试连接等。具体如下：	配置类型	组件	功能说明
用户输入配置	电位器R130、按钮SW2、滑动开关SW3	功能由用户自定义软件定义
LED配置	J - link板载通信LED（LED1,2）	提供链接操作的视觉反馈（闪烁、调试等）
	ECS640A USB - UART通信LED（LED3,4）	提供ECS640A J3 USB - UART通信的视觉反馈
	用户界面LED（LED 5,6,7）	功能由用户自定义软件定义
编程调试连接	非隔离外部J - link（J15,J16）	可选择外部J - link连接
	SPI（J22）	可选SPI或霍尔传感器连接
	隔离式J - link板载（J9）	直接通过USB连接对ECS640A进行编程
	编程J - link固件（J8）	更新或重置板载J - link固件
	J - link板载UART（J10）	功能由用户自定义软件定义
	ECS640A USB - UART连接器（J3）	可与Strata Development Studio或其他用户定义的功能配合使用
	隔离式PWM输入（J4）	功能由用户自定义软件定义

跳线配置

评估板通过切换跳线连接可以实现多种配置，包括LED或开关选择、AD输入选择以及调试模式配置等。具体跳线配置如下：	跳线选择配置	跳线	功能说明
LED6或SW3开关选择器	J5	允许用户通过自定义软件管理额外的LED或开关
LED5或SW2开关选择器	J13	允许用户通过自定义软件管理额外的LED或开关
电位器或热敏电阻选择器	J14	允许用户选择从电位器或热敏电阻获取AD输入

跳线启用配置	跳线	功能说明
SPI VCC配置	J21	可选的SPI连接器VCC连接，方便调试工具使用
UC SWDIO	J20	短路时，使用板载J - link代替外部工具
UC_CLK	J19	短路时，使用板载J - link代替外部工具
DBG EN	J18	短路时，启用ECS640A Nebo调试模式
UC RST	J17	短路时，使用板载J - link代替外部工具
JTAG Disable	J12	短路时，板载J - link禁用JTAG
CDC Enable	J11	短路时，板载J - link启用CDC

物料清单

评估板的物料清单详细列出了各个组件的信息，包括数量、描述、设计标识、制造商和零件编号等。这为工程师进行物料采购和故障排查提供了重要参考。由于物料清单内容较多，这里不再详细列出，可参考文档中的具体表格。

总结

Onsemi的STR-ECS640A-GEVB评估板是一款功能强大、配置灵活的电机控制评估平台，为工程师们提供了丰富的硬件资源和便捷的开发工具。在使用过程中，务必严格遵守安全注意事项，确保操作安全。同时，根据自己的应用需求合理配置评估板，充分发挥其性能优势。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。