EVAL-IMI111T评估板：高性能电机驱动解决方案

在电机驱动设计领域，一款优秀的评估板能为工程师们提供极大的便利。今天，我们就来深入了解一下Infineon的EVAL - IMI111T评估板，它是基于IMI111T系列iMOTION™ IPMs的全功能入门套件，为高性能、高效率的永磁同步电机（PMSM）/无刷直流电机（BLDC）驱动应用提供了集成化的解决方案。

文件下载：Infineon Technologies EVAL-IMI111T iMOTION™入门套件.pdf

一、评估板概述

1.1 适用范围与目的

EVAL - IMI111T评估板主要用于评估IMI111T系列iMOTION™ IPMs，为客户在使用IMI111T进行应用设计的初期提供支持。它包含了IMI111T iMOTION™ IPMs以及其他必要的电路，如整流器、EMI滤波器和隔离调试器等，适用于风扇、泵和压缩机等应用场景。

1.2 版本信息

该评估板有两种变体：EVAL - IMI111T - 026和EVAL - IMI111T - 046，主要区别在于功率IGBT的电流等级，分别为2A/600V和4A/600V。

1.3 注意事项

评估板的设计考虑了环境条件，但未经过全工作温度范围和寿命的安全要求、制造和操作验证，仅进行了典型负载条件下的功能测试，不能用于可靠性测试或生产，使用时需确保符合所在国家的相关要求和标准。

二、主要特性

2.1 IMI111T系列特性

• 先进的控制算法：集成运动控制引擎（MCE），为变速驱动器提供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。
• 全面的保护功能：集成模拟比较器用于过流保护，具备过压、欠压、转子锁定、过温保护以及欠压锁定等功能。
• 灵活的配置选项：提供两种不同的功率IGBT选项（2A/600V、4A/600V）和两种不同的控制器电源电压选项（3.3V、5V），栅极驱动器采用15V电源，集成自举二极管结构。
• 多样的通信接口：支持UART、SPI、PWM或模拟信号等灵活的主机接口选项，用于速度命令输入。
• 紧凑的封装设计：采用非常紧凑的DSO22封装。

2.2 评估板特性

• 宽输入电压范围：标称输入电压为110VAC - 230VAC。
• 集成的电磁兼容性：板载EMI滤波器，有效减少电磁干扰。
• 精确的电流和电压传感：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，测量测试点与标准示波器探头兼容。
• 便捷的调试功能：板载带有1kV隔离的调试器，可通过USB与PC进行隔离通信。
• 其他特性：采用NTC降低浪涌电流，PCB尺寸为79.6mm x 89.6mm，2层，2oz铜，符合RoHS标准。

2.3 规格参数

参数	设备	值	条件
输入电压	EVAL - IMI111T - 026	110 - 230VAC	-
输出电流（每相）	EVAL - IMI111T - 026	420mAms - 570mAms	tamb = 20°C, tase = 100°C, Voc = 311V, 2 - 相调制, 6kHz PWM
最大直流母线电压	EVAL - IMI111T - 026	380V	-
最小直流母线电压	EVAL - IMI111T - 026	120V	-
电流传感电阻	EVAL - IMI111T - 026	250mΩ	单分流电流传感配置
板载电源（15V）	EVAL - IMI111T - 026	15V ± 5%, max. 50mA	用于iMOTION™ IPMs栅极驱动器
板载电源（3.3V）	EVAL - IMI111T - 026	3.3V ± 2%, max. 20mA	为控制器供电
PCB材料	EVAL - IMI111T - 026	FR4, 2层, 2oz铜	-
PCB尺寸	EVAL - IMI111T - 026	79.6mm x 89.6mm	-
环境温度	EVAL - IMI111T - 026	0 - 60°C	非冷凝，最大相对湿度95%

三、引脚分配

3.1 IMI111T引脚说明

IMI111T共有22个引脚，每个引脚都有特定的功能，如串口收发、模拟速度参考输入、单分流电流传感输入、直流母线传感输入等。工程师们在设计时需要根据具体需求正确连接这些引脚。

3.2 连接器引脚说明

评估板上的各个连接器（J1 - J7）也有明确的引脚定义，分别用于交流输入、电机连接、调试通信等功能。例如，J1用于连接交流电源，J3用于连接电机的U、V、W三相。

四、系统性能

4.1 直流母线电压测量

通过控制器的VDC引脚读取DCBSENSE电压，使用13.3kΩ下拉电阻，可使引脚电压范围为0 - 3.3V，对应直流母线电压范围为0 - 500V。

4.2 EMI滤波器

从交流输入连接器J1到整流后的直流母线电压，包含一个由CX1、CX2、L1、CY1和CY2等元件组成的无源EMI滤波器，以及整流器、NTC电阻和电容等，用于缓冲整流后的直流母线电压。

4.3 逆变器部分

采用iMOTION™ IPM的三相逆变器由六个IGBT组成，根据不同的型号（IMI111T - 026H和IMI111T - 046H）具有不同的阻断电压和电流能力。

4.4 辅助电源

评估板上的辅助电源电路使用LNK304直接从直流母线生成15V电压，为iMOTION™ IPM内部的栅极驱动器供电；通过线性稳压器IFX1117MEV33从15V电源生成3.3V电压，为控制IC供电。

4.5 电流测量和过流阈值

在单分流配置中，电阻RS1用于生成与低侧功率IGBT源电流之和成正比的电压，该电压通过移位级进行移位后在ISS引脚测量。可以通过相关公式计算输入电流缩放、ADC动态范围、移位级偏移和过流比较器参考电压。

五、热特性

5.1 热特性测试

在不同的PWM调制类型（3 - 相PWM调制和2 - 相PWM平底调制）、PWM频率（4kHz - 20kHz）和电机相电流值或输入功率条件下，对IMI111T - 026H和IMI111T - 046H进行了热特性测试。结果表明，2 - 相PWM平底调制相比3 - 相SVPWM可降低开关损耗。

5.2 热阻参数

通过在模块中消耗2W功率和使用2oz铜的FR4 PCB，得到热阻$R_{th(C - A)}$的值。

5.3 热PCB设计

IMI111T通过引脚将功率器件的热量传递到PCB，V +（17, 18）、UN（12）、VN（13）和W（14, 15）等引脚对热性能至关重要。在两层PCB上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。

六、热保护

IMI111T器件集成了温度传感器，可通过脚本引擎语言访问器件温度。为了实现过温保护，评估板上的IMI111T已预加载了相应的脚本文件。当检测到温度达到91°C时，电机停止；当温度降至60°C以下时，电机重启。

七、开始使用EVAL - IMI111T

7.1 硬件连接

有两种调试方法：使用板载调试器或外部调试器iMOTION™ Link。在调试前，需要根据所选方法正确连接评估板和PC，并连接交流电源和电机。

7.2 开发工具

需要使用iMOTION™ Solution Designer开发工具来设置系统、控制和微调系统性能。该工具可从Infineon的网站下载。

7.3 UART功能切换

通过跳线J2和J4的不同连接方式，可以实现UART功能和PG_OUT、DIR功能的切换。

八、PCB布局和物料清单

8.1 PCB布局

评估板的PCB布局可用于不同电压或功率等级，为2层PCB。可联系Infineon的技术支持团队获取详细信息和最新的Gerber文件。

8.2 物料清单

完整的物料清单（BOM）可在Infineon主页的下载部分获取，登录后即可下载。

九、总结

EVAL - IMI111T评估板凭借其丰富的功能、高性能的特性和便捷的调试方式，为电机驱动设计工程师提供了一个优秀的开发平台。在使用过程中，工程师们需要充分了解其各项特性和参数，注意安全事项，以确保设计的顺利进行。同时，要根据具体的应用需求，合理调整系统参数，充分发挥评估板的优势。大家在使用这款评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。