EVAL - M1 - IM523评估板：助力电机驱动应用设计

在电机驱动应用设计领域，一款性能优良且易于使用的评估板能为工程师们节省大量时间和精力。今天，我们就来详细探讨一下英飞凌（Infineon）的EVAL - M1 - IM523评估板，它是iMOTION™模块化应用设计套件（MADK）的一部分，为电机驱动应用提供了强大的支持。

文件下载：Infineon Technologies EVAL-M1-IM523 评估板.pdf

评估板概述

EVAL - M1 - IM523评估板专为主要家用电器（如空调、泵、风扇等变速驱动器）的电机驱动应用设计提供初始支持。它基于IM523 - X6A CIPOS™ Mini智能功率模块（IPM），与配备M1 20针接口连接器的控制板（如EVAL - M1 - 101T）配合使用，展示了英飞凌CIPOS™ Mini IPM技术和先进的运动控制引擎（MCE 2.0）技术。

主要特性

• 宽输入电压范围：支持85 VAC至255 VAC的输入电压，能适应不同的电源环境。在110 VAC输入时，PWM频率为15 kHz，输入电流3 Arms，输出功率约500 W；在220 VAC输入时，PWM频率同样为15 kHz，输入电流5.5 Arms，输出功率约900 W。
• 完善的保护机制：具备浪涌电流限制器用于电路保护，还有过流硬件保护和过温保护功能，能有效保障系统的稳定性和可靠性。
• 丰富的辅助功能：板载EMI滤波器可减少电磁干扰，辅助电源提供15 V和5.0 V的电压输出。同时，还能实现直流母线电压的感应、热敏电阻输出以及温度控制的冷却风扇速度调节。
• 合理的PCB设计：PCB尺寸为160 mm × 115 mm，两层1 oz.铜，并且符合RoHS标准。

关键数据

参数	详情
输入电压	85 - 255 Vrms
输入电流（220 VAC）	5.6 Arms
输入电流（110 VAC）	3.1 Arms
输出功率（220 VAC）	930 W
输出功率（110 VAC）	512 W
最大直流母线电压	360 V
最小直流母线电压	125 V
分流电阻	10 mΩ
过流保护	10.12 Apeak
辅助电源电压输出	15 ± 5% V（VCC），5.0 ± 5% V（5.0V）

系统功能与使用步骤

系统搭建与启动

要运行电机系统，需要将EVAL - M1 - IM523评估板与匹配的MADK控制板（如EVAL - M1 - 101T）组合使用。首先，需要使用iMOTION™软件工具（MCEDesigner和MCEWizard）进行初始系统设置，这些工具可从英飞凌网站下载。

具体步骤如下：

1. 连接EVAL - M1 - 101T控制板到EVAL - M1 - IM523评估板，并将PC USB连接器连接到EVAL - M1 - 101T控制板。
2. 连接220 V AC电源和UVW输出到电机。
3. 在MCEWizard中输入目标电机的系统和运行参数以及评估板的硬件参数，用于计算控制器的数字参数集。
4. 设置完参数后，进入Verify & Save页面，点击Calculate Parameters。若无误，点击Export to MCEDesigner file (.txt)保存驱动参数集；若有错误，需调整参数。
5. 打开220 V AC电源，LED 1和2变红。
6. 启动MCEDesigner工具，打开IMC101T设备的默认配置文件（.irc）。
7. 若MCEDesigner无法自动连接到EVAL - M1 - 101T板，需更改COM端口。
8. 若IMC101T为空白IC，需按照特定步骤将固件和参数文件编程到iMOTION™控制IC的内部闪存中。

电机性能调试

编程完成后，还需要进行一系列调试工作来确保电机性能达到最佳。

• 电流波形调整：双击VF Diagnostic功能，用示波器监测电机电流。若电流不是正弦波，需更改目标速度和Vd_Ext，直到示波器显示稳定的正弦电流，且幅度为电机额定电流的30 - 50%。
• 电流反馈监测：打开System Page > Monitor Definitions，双击Iu & Iv_Slow。若电机电流反馈不干净或不是正弦波，需在MCEWizard中调整Gating Propagation Delay & Phase Shift Window Size。
• 参数验证：VF Diagnostic子功能可验证电机连接、IGBT/MOS和栅极驱动器工作情况、电流感应相关参数配置以及PCB布局和直流母线去耦是否正确。
• 电机启动与方向调整：完成VF Diagnostic后，点击STOP停止PWM，再点击绿色交通灯按钮或双击Start Motor子功能启动电机。若电机旋转方向错误，可调整UVW连接顺序或在MCEDesigner中设置负目标速度。
• Flx_M参数优化：将目标速度设置为最大速度的50%，启动Iu & Flx_M跟踪。若Flx_M不稳定、有噪声或偏离2048，需分别检查电机参数、速度环PI增益、磁通估计器时间常数、PLL PI带宽、电流反馈以及硬件和VDC相关参数，并进行相应调整。

系统设计解析

EMI滤波器和软启动电路

从AC输入连接器X1到整流后的直流母线电压的电路包含一个无源EMI滤波器（由X、Y电容器和共模电感组成）、一个10 A/600 V整流桥D3、一个F1保险丝、一个PTC电阻和一个RY1继电器。继电器用于软启动和降低稳态下的传导损耗。

逆变器部分

逆变器部分采用CIPOS™ Mini IPM实现，该模块结合了优化的反向导通IGBT Gen 2（RCD2）和行业基准的稳健半桥驱动器。还提供了分流电阻部分，可通过OPAMP设置过流水平。同时，有三个电容器C3、C6和C8作为自举电容器，提供必要的浮动电源电压。

辅助电源

辅助电源电路基于英飞凌的CoolSET™ 5（ICE5GR4780AG）和反激拓扑，直接输出15 V和6 V。线性稳压器TLE42744DV50从6 V电源生成5.0 V电源，用于逆变器的外部过流比较器电路。VCC和5.0 V电源也通过20针iMOTION™ MADK - M1接口连接器为控制板上的电路供电。

布局与物料清单

评估板采用两层140 µm铜（1 oz.）设计，尺寸为160 mm x 115 mm，PCB厚度为1.6 mm。完整的物料清单可从英飞凌网站下载，包含了各种电容、电阻、二极管、继电器、变压器等关键元件的详细信息。

系统性能测试

辅助电源和浪涌电流测试

在25°C环境温度下测试，15V和5V电源在85 - 255 Vc输入范围内正常工作，最大浪涌电流为6.8 pk。5V建立时间在15V建立后5.4 ms，辅助电源在最小50 Vc输入时启动，在31 V Voc_BUS电压时关闭。

DC母线电容和DC纹波测试

在不同输入电压和输出功率下测试，220 V输入、5.5 Arms相电流输出时，Voc母线电压纹波比为4.93%；110 VAC输入时，纹波比为9.17%，均满足纹波比小于10%的要求。

电流输出能力和热测试

在不同PWM频率和负载下测试，评估板在220 Vac输入、15 kHz PWM和937 W输入功率下表现良好，在110 V输入时，由于较高的母线电压纹波和输入线电流，输出功率可达500 W。同时，测试了不同条件下的IPM外壳温度，确保系统在安全温度范围内运行。

过压和欠压保护测试

过压和欠压保护阈值分别设置为340 V（2697 counts）和100 V（793 counts），当DC母线电压超过或低于阈值（±3 V）时，系统能正常关闭，保护功能正常工作。

过温保护测试

过温阈值电压设置为3.4 V，对应105 ± 3°C的IPM外壳温度。无论是iMOTION软件的过温保护还是板载硬件的过温保护，都能使电机停止运行，系统按预期停止。

过流测试

软件过流保护在4.21 Apeak相电流时使电机停止，并在MCEDesigner故障标志中报告过流故障；硬件过流保护阈值设置为9 A，比较器在10.1 A时触发，过流保护功能正常。

直流电流反馈测试

不使用板上的外部放大器，电流反馈信号直接发送到MCU AD输入引脚。在不同电流负载下运行评估板，检查Iu和Iv电流波形为均匀正弦波，系统稳定，电机Flx_M稳定。

总结

EVAL - M1 - IM523评估板凭借其丰富的功能、完善的保护机制和良好的系统性能，为电机驱动应用设计提供了一个优秀的平台。工程师们可以利用该评估板快速搭建电机控制系统，进行性能测试和优化，同时通过英飞凌提供的软件工具和详细的文档资料，能够更高效地完成产品开发。在实际应用中，我们还需要根据具体需求对系统进行进一步的调整和改进，以满足不同场景的要求。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的经验呢？欢迎在评论区分享交流。