HybridPACK™ Drive G2 逆变器评估套件快速上手

作为电子工程师，在设计逆变器应用时，一款实用的评估套件能让我们的工作事半功倍。今天就来和大家分享 Infineon 公司的 HybridPACK™ Drive G2 功率模块逆变器评估套件的快速上手经验。

文件下载：Infineon Technologies HybridPACK™逆变器评估套件.pdf

一、套件概述

1.1 套件用途

该逆变器评估套件主要用于支持工程师使用 HybridPACK™ Drive G2 功率模块、EiceDriver™ 栅极驱动器、Xensiv™ 电流传感器和 Aurix™ 微控制器进行应用设计。它采用了最新的 IGBT/二极管以及 SIC MOSFET 芯片技术，并且拥有开放的设计文件，方便我们进行评估和交叉参考测试。

1.2 安全警告

需要特别注意的是，该套件在设计上使用了未受保护的高电压，因此只能由具备足够电气工程培训和经验的人员操作。此套件仅用于评估和测试，并非商业化产品，不能用于批量生产，也不满足汽车相关的资质要求。

1.3 出口管制分类

该评估套件符合 3A225 出口管制分类，具体表现为：

• 多相输出功率达到 40VA 或更高，其使用的 HybridPACK Drive G2 功率模块可传输数百 kVA 的功率，典型应用于 120 至 300kW 的电动汽车牵引逆变器。
• 工作频率可达 600Hz 以上，评估套件对输出频率无限制，典型输出频率可达应用开关频率的 0.1 倍，设计的开关频率在 10 至 20kHz 之间（可调节），能轻松实现 2000Hz 的实用输出频率。
• 频率控制精度优于 0.2%，采用 Aurix 微控制器进行数字控制，微控制器时钟由标准现货晶体产生，室温下典型频率公差为 +/-15ppm，工作温度范围内额外 +/-25ppm。

1.4 框图

套件的简化框图展示了其发货内容以及典型的测试台设置，让我们对套件的整体架构有了直观的认识。

二、评估工具及订购信息

2.1 评估套件类型

套件有多种版本可供选择，包括 750V/1150A IGBT 功率模块、1200V/520A IGBT 功率模块、750V/1mOhm SIC MOSFET 功率模块和 1200V/2mOhm SIC MOSFET 功率模块等版本。我们可以通过当地的 Infineon 销售代表，使用相应的 SP 订单号进行订购。

2.2 类型命名规则

2024 年 1 月起，评估工具的产品订单名称进行了更改，以支持全面的类型指定树。例如：

• EV INV HPD2 SI FS520 12：适用于 HybridPACK™ Drive G2 Si 1200V 汽车功率模块 FS520R12A7P1 和 Swoboda 相电流传感器的逆变器评估套件。
• EV INV HPD2 SIC FS02 12：适用于 HybridPACK™ Drive G2 SiC 1200V 汽车功率模块 FS02MR12A8MA2 和 Swoboda 相电流传感器的逆变器评估套件。

2.3 推荐实验室设备

为了顺利进行评估，我们需要准备以下实验室设备：

• 低压电源（可使用套件内的，或 14V、2A 的电源）
• CAN 卡，推荐“Peak CAN USB”（PCAN USB opto）
• 高压电源
• 示波器和电流探头（根据负载情况选择）

2.4 推荐工作条件

评估套件的推荐工作条件如下：	类型	符号	最小值	典型值	最大值	条件
板载 12V 逻辑电源	12V_IN_LV	10V	12V	14V	电源需提供高达 25W 的功率，推荐使用隔离电源以避免与测量设备形成接地环路
高压工作电压（电容直流母线电压）	VDClink_HV	0V	-	500V（750V 芯片组） 850V（1200V 芯片组）	双脉冲测试 <250mA 电感假负载典型可达 30kW（取决于负载测试） 逆变器操作可达 300kW（取决于负载测试）
逻辑板和栅极驱动板接口	Vinterfaces	0V	0..5V	5V	所有接口如 PWM、使能、传感器输出等均为 5V 逻辑，仅对明确指定的引脚施加更高电压
环境温度	Tamb	-40℃	-	85℃	不建议超过 65℃
冷却液温度	TF	-40℃	-	85℃	典型流量 10L/min，50%/50% 水/乙二醇混合液
开关频率	fsw	-	10kHz	20kHz	短期操作时可能超过 20kHz，但需要对栅极驱动板进行适当冷却

2.5 套件局限性

该评估套件虽然设计了一些基本的关机程序，但由于参数设置自由且实验室设置和环境不确定，不能将其视为受保护的系统。它不具备对信号连接器过压和欠压、12V 板载电源过压、高压工作电压过压以及 PCB 和模块过热等情况的保护功能。在高开关频率测试时，特别是在高环境温度下，可能需要对栅极驱动板进行主动冷却。

三、接口说明

3.1 逻辑板接口

逻辑板的接口展示了其各种连接端口，为我们后续的连接和调试提供了清晰的参考。

3.2 栅极驱动板接口（IGBT 版本）

IGBT 版本的栅极驱动板接口图，让我们了解了该版本的具体连接方式。

3.3 栅极驱动板接口（SIC MOSFET 版本）

SIC MOSFET 版本的栅极驱动板接口图，与 IGBT 版本有所不同，需要我们根据实际使用的芯片类型进行正确连接。

四、快速上手指南

4.1 逆变器负载测试典型设置

逆变器负载测试的典型设置图显示，对于轻负载测试和主要为无功功率的测试，通常仅通过两个中心直流接头提供直流电源即可。在负载测试时，建议断开 USB 连接。

4.2 DEMO 模式（无通信逆变器操作）

要启用 DEMO 模式，需要按照以下步骤操作：

1. 关闭所有电源。
2. 将电源连接到逆变器评估套件。
3. 插入 DEMO-ENABLE-PLUG。
4. 插入 DEMO-CONTROL-PLUG。
5. 将调制指数和输出频率的电位器调至低位。
6. 开启逻辑板电源（8..18V），逆变器将在接下来的 3 秒内启动。
7. 开启高压电源（注意评估套件的限制）。
8. 逆变器开始全功率运行，此时可以通过电位器或外部 0…5V 模拟信号控制调制指数和输出频率。

在 DEMO 模式下，只能调整调制指数和输出频率，其他参数如开关频率、死区时间、栅极驱动器设置等均为评估套件软件的预定义默认值。这些默认值可作为系统设计的起点，但不一定是优化参数。

4.2.1 DEMO 模式：调整调制指数

调制指数可以通过 DEMO-CONTROL-PLUG 上引脚 1 的 0..5V 模拟信号进行调整。开始时信号必须为低电平，否则 PWM 将无法启用。信号在 0 至 5V 之间调整时，空间矢量调制的调制指数将从 0% 线性变化到 100%。为确保平稳运行，内部实现了简单的斜坡上升和下降功能。

4.2.2 DEMO 模式：调整输出频率

输出频率的调整方式与调制指数类似，通过 DEMO-CONTROL-PLUG 上引脚 2 的 0..5V 电压信号设置负载的输出频率。内部的斜坡函数确保在新设定点应用时实现平稳过渡。

4.3 逆变器测试（开环模式介绍）

进行首次测试时，需要准备以下物品：

• 最新的 OneEye 工具（可从 Infineon 网站的开发者中心启动器应用程序下载）
• 逆变器评估套件的 OneEye GUI 配置文件（可在套件的 USB 棒中找到）
• 逻辑板电源（8..18V）
• 推荐使用 Peak CAN 卡（USB 连接不支持监控评估套件的状态）

当 CAN 连接准备好后，启动逆变器开环操作非常简单，按照相应的顺序操作即可。OneEye GUI 还具备基本的 CAN 数据记录器和软件示波器功能，可用于测量与 PWM 模式同步的最相关参数，并保存数据。

4.4 逆变器套件参数调整

OneEye GUI 为我们提供了一个方便的工具来调整评估套件的参数。大多数参数可以随时读取，但只有在配置模式下才能将参数保存到 ECU。启动后，新参数将用于逆变器的操作。我们可以轻松调整 PWM 频率、死区时间、过压关机电平、传感器增益等参数，但需要注意的是，该套件仅用于评估目的，软件不会检查所应用的参数是否会损坏评估套件。

4.5 相电流传感器校准信息

驱动板中的集成传感器可以进行校准，最实用的校准方法是使用直流电流源，按照示例中的极性连接。电流将流经功率模块的续流二极管，在不冷却功率模块的情况下可以持续几秒钟。如果参考传感器与评估套件的电流传感器读数不匹配，可以在 OneEYE GUI 的 Configuration/DriverBoard 下调整增益参数，并保存设置。同样的原理也适用于其他相。

五、故障排除及详细信息

5.1 与评估套件的通信

评估套件提供了 USB 串行通信和 CAN 总线通信两种方式。在高压操作时，强烈推荐使用隔离通信（如光隔离 CAN 卡或光隔离 USB/USB 连接器）。在高负载和高电压操作下，USB 串行连接可能会失败，因此 CAN 总线通信是更稳定和推荐的选择。

5.1.1 USB 串行通信

评估套件的逻辑板可以通过 USB 迷你电缆连接到 PC。需要确保计算机安装了 FDTI 芯片组的虚拟 COM 端口驱动程序，该驱动程序可随 Infineon MEMTool 自动安装，也可从制造商网站下载。连接和上电后，可以通过 Infineon ONEEYE 工具或其他可用的 shell 程序（如 Tera Term、Putty 等）建立连接。

5.1.2 CAN 总线通信

推荐通过 CAN 总线与评估套件的逻辑板进行通信，评估套件的通信已使用 PEAK CAN 卡进行测试，但其他 CAN 卡也可能适用。连接和上电后，可以通过 Infineon ONEEYE 工具（使用为 CAN 准备的 GUI）建立连接。如果使用其他工具，可在相关章节中找到 CAN 消息目录。

5.2 通过 Memtool 将软件闪存到逻辑板

要将编译好的软件（.hex 文件）闪存到逻辑板，需要准备以下物品：

• PC 上的最新 Memtool（可从 Infineon 网站下载）
• 逻辑板电源（8..18V）
• 从逻辑板到 PC 的 USB 迷你电缆

首次使用时，需要设置正确的微控制器（目标设备），配置文件可在套件 USB 棒的文件夹中找到。按照相应的步骤操作，即可完成软件的闪存。

5.3 新板初始化

在 OneEye GUI 的 Configuration 中可以找到 New Board Init 结构，按照该结构的顺序操作，板卡将使用默认参数进行初始化，即可进行首次测试。

5.4 提取 CAN0 消息

文档详细列出了逻辑板接收的 RX 消息和发送的 TX 消息的相关信息，包括 CAN ID、数据长度码（DLC）、发送间隔、位大小、偏移量、字段和描述等，方便我们进行通信和数据监测。

5.5 常见问题解答

如果逆变器套件显示 Vdc 电压、电流等的缩放比例错误，可能是应用了错误的增益参数。可以在 OneEYE 工具的配置选项卡中检查相应的增益/偏移参数，并根据需要进行调整。

六、参考资料及修订历史

文档中提供了相关的参考应用笔记和修订历史，方便我们进一步了解套件的详细信息和发展历程。

总之，HybridPACK™ Drive G2 逆变器评估套件为我们在逆变器设计和测试方面提供了一个很好的平台。希望通过这篇文章，能帮助大家快速上手该套件，在实际工作中取得更好的效果。大家在使用过程中有任何问题或经验，欢迎一起交流分享！