REF-MHA50WIMI111T：iMOTION™ 风扇驱动参考设计套件深度解析

在电机驱动设计领域，寻找一款合适的参考设计至关重要。今天，我们就来详细聊聊 Infineon 的 REF - MHA50WIMI111T 参考设计板，它专为风扇驱动设计，集成了 IMI111T iMOTION™ IPM，能为工程师们在设计风扇应用时提供极大的便利。

文件下载：Infineon Technologies REF-MHA50WIMI111T参考设计套件.pdf

一、文档概述

这份用户指南涵盖了 REF - MHA50WIMI111T 参考设计板的各个方面，包括主要特性、关键技术数据、引脚分配、机械尺寸等。它的目标受众是熟悉电机控制和高功率电子转换器的技术专家，且该参考板仅适用于实验室环境下由专业人员使用。

二、重要提示与安全注意事项

重要提示

评估板和参考板仅用于演示和评估，并非商业化产品。它们未经过全面的安全、制造和全工作温度范围或寿命的测试，也不遵循常规产品的退货分析、工艺变更通知和产品停产等程序。使用时，用户需确保符合相关国家的要求和标准。

安全注意事项

该板存在高电压风险，如直流母线电压可达 1000 VDC，使用示波器测量电压波形时必须使用高压差分探头。此外，板上的直流母线电容在移除主电源后需要时间放电，操作前需等待 5 分钟。同时，要注意散热、静电防护等问题，避免因操作不当导致人身伤害或设备损坏。

三、主要特性

IMI111T 系列特性

IMI111T 系列具有众多出色的特性，为电机驱动提供了强大的支持。

• 先进的控制算法：采用运动控制引擎（MCE）作为变速驱动器的即用型控制器解决方案，支持永磁同步电机（PMSM）的磁场定向控制（FOC）和空间矢量脉宽调制（SVPWM），具有正弦换向和集成保护功能。
• 高效的电流传感：通过直接接口实现单分流电流传感，支持无传感器运行，并集成了模拟比较器用于过流保护。
• 全面的保护功能：具备过压、欠压、转子锁定、过温保护等功能，以及欠压锁定、最小死区时间和直通保护等特性。
• 灵活的电源选项：提供两种不同的功率 IGBT 选项（2 A/600 V、4 A/600 V）和两种不同的控制器电源电压选项（3.3 V、5 V），栅极驱动器采用 15 V 电源供电。
• 丰富的接口选择：支持 UART、SPI、PWM 或模拟信号等多种灵活的主机接口选项，用于速度命令输入。

参考板特性

参考板本身也有其独特的设计特点。它采用典型的风扇驱动 5 针连接器，包括 VDC/GND/VCC/VSP/FG，采用单分流电流传感配置和电压分压器进行直流母线电压传感。PCB 尺寸为 52.0 mm x 52.0 mm，单层，1 oz 铜，符合 RoHS 标准。

四、引脚分配

IMI111T 引脚

IMI111T 共有 22 个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，TXO 和 RX0 用于串口通信，VSP 是模拟速度参考输入，ISS 是单分流电流传感输入，VDC 用于直流母线传感输入等。这些引脚的合理分配为电机控制提供了必要的信号传输和电源供应。

参考板连接器引脚

参考板上的 J1、J2 和 J3 连接器也有明确的引脚定义。J1 连接器提供 3.3 V 电源和 UART 通信接口；J2 连接器用于输入直流母线电压、电源和模拟速度控制信号；J3 连接器则连接电机的 U、V、W 相。

五、系统性能

直流母线电压测量

通过 13.3 kΩ 的下拉电阻，控制器的 VDC 引脚读取 DCBSENSE 电压，可反映 0 至 500 V 的直流母线电压范围。这种设计确保了对直流母线电压的准确测量。

逆变器部分

逆变器部分采用 iMOTION™ IPM IMI111T - 026H，具有 600 V/2 A 的直流额定值，由六个 IGBT 组成三相逆变器，为电机提供稳定的驱动电源。

辅助电源

辅助电源由线性电压调节器 IFX1117MEV33 从 15 V 电源 VCC 生成 3.3 V 电源，为 iMOTION™ IPM 内的控制 IC 供电。

电流测量和过流阈值

在单分流配置中，通过电阻 RS1 生成与低侧功率 IGBT 源电流之和成正比的电压，经过移位阶段后在 ISS 引脚测量。通过相关公式可以计算输入电流缩放、ADC 动态范围和移位阶段偏移等参数。在设置内部增益时需特别注意，避免 ADC 饱和导致故障。

六、热特性与保护

热特性

在不同的 PWM 调制类型、频率和电机相电流值等条件下对参考板进行了热特性测试。结果表明，2 相 PWM 平底调制相比 3 相 SVPWM 能降低开关损耗。热阻 $R_{th(C - A)}$ 为 33℃/W，这一数据对于评估板的散热性能至关重要。

热 PCB 设计

IMI111T 通过引脚将功率器件的热量传递到 PCB，V +、UN、VN 和 W 等关键引脚对于热耗散至关重要。在 PCB 设计中，应尽可能优化与这些关键引脚连接的铜面积，以提高热传递能力。参考设计中，电机连接器 J3 靠近关键引脚 UN 和 VN，起到了外部散热器的作用，有助于更有效地散热。

热保护

IMI111T 集成了温度传感器，可通过脚本引擎语言访问内部温度。REF - MHA50WIMI111T 启动套件预装了相应的脚本文件，用于实现过温保护。当检测到温度达到 101°C 时，电机停止运行；当温度降至 60°C 以下时，电机重新启动。用户可根据实验结果确定内部感测温度以实现热关机。

七、使用入门

硬件连接

使用外部调试器 iMOTION™ Link 对板进行调试时，需将 PC 通过 USB 电缆连接到 iMOTION™ Link，再将 iMOTION™ Link 连接到 J1，同时将 VDC、VCC 和 GND 连接到 J2，电机连接到 J3。连接时要注意电机相序，若需要改变电机运行方向，可交换任意两相的顺序。

软件工具

使用 iMOTION™ Solution Designer 工具进行系统设置、控制和微调，以满足用户的实际需求。该工具可从 Infineon 的网站下载。

UART 功能切换

若要将 Pin1 用作 PGOUT，Pin2 用作 DIR，可参考相关文档进行功能配置。

八、PCB 布局与物料清单

PCB 布局

参考板的 PCB 布局适用于不同电压或功率等级，为单层 PCB。用户可联系 Infineon 的技术支持团队获取详细信息和最新的 Gerber 文件。

物料清单

完整的物料清单（BOM）可在 Infineon 主页的下载部分获取，需登录账号。其中列出了重要的关键部件，如电容、电阻、二极管、晶体管等，以及它们的型号、参数和制造商。

REF - MHA50WIMI111T 参考设计板凭借其丰富的特性、合理的引脚分配、良好的系统性能和完善的热保护机制，为风扇驱动设计提供了一个优秀的解决方案。工程师们在使用过程中，需充分了解其各项特性和注意事项，结合实际需求进行设计和优化。你在使用类似参考设计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。