EVAL-M1-36-45A评估板：电机驱动设计的得力助手

一、引言

在电机驱动应用的设计领域，拥有一款性能优良且易于评估的开发板至关重要。EVAL-M1-36-45A评估板作为iMOTION™ Modular Application Design Kit（iMOTION™ MADK）的一部分，为工程师们提供了一个全面且便捷的电机驱动解决方案评估平台。今天，我们就来深入了解一下这款评估板的特点、使用方法以及相关注意事项。

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二、评估板概述

（一）设计目的与应用范围

EVAL-M1-36-45A评估板旨在为客户在使用CIPOS™ Nano功率模块设计应用的初期提供支持。它配备了三相智能功率模块（IPM），适用于电机驱动应用，能够展示英飞凌在电机驱动领域的IPM技术。该评估板有两个版本，可与EVAL-M1-101T或EVAL-M1-099M配合使用，为电机驱动应用提供完整的评估方案。

（二）环境适应性与产品定位

在设计EVAL-M1-36-45A时，考虑了环境条件，但该设计仅经过了文档中描述的测试，未针对安全要求、整个工作温度范围或使用寿命进行全面认证。评估板仅经过功能测试，与常规产品在退货材料分析（RMA）、工艺变更通知（PCN）和产品停产（PD）等方面的处理流程不同，仅适用于实验室条件下的专业人员使用。

三、安全注意事项

在使用EVAL-M1-36-45A评估板时，必须严格遵守以下安全注意事项：

1. 电压测量：评估板系统的接地电位偏置为负直流母线电压电位，使用示波器测量电压波形时，示波器的接地端需要隔离，否则可能导致人身伤害或死亡。
2. 电容放电：系统包含直流母线电容，主电源移除后需要时间放电。在对驱动系统进行操作前，需等待三分钟，确保电容放电至安全电压水平。显示屏LED变暗并不意味着电容已放电至安全电压。
3. 人员资质：只有熟悉驱动和相关机械的人员才能规划或实施系统的安装、启动和后续维护，否则可能导致人身伤害和/或设备损坏。
4. 表面温度：驱动表面可能会变热，可能导致烫伤。
5. 静电防护：评估板包含对静电放电（ESD）敏感的部件和组件，在安装、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。
6. 正确应用：驱动应用或安装不当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可能导致系统故障。
7. 电源操作：在断开或重新连接电线或进行维修前，需移除并锁定驱动电源，等待三分钟使母线电容放电，在母线电容放电至零之前不要尝试维修，否则可能导致人身伤害或死亡。
8. 包装材料：评估板发货时带有包装材料，安装前需移除，否则可能导致过热或异常运行。

四、设计特点

（一）CIPOS™ Nano智能功率模块特性

CIPOS™ Nano Intelligent Power Module（IRSM836 - 045MA）具有以下特点：

1. 集成三相逆变器和高压栅极驱动器。
2. 具备集成自举功能。
3. 采用沟槽FREDFET，在25°C时RDS(on)为1.7 Ω。
4. 所有通道均有欠压锁定功能。
5. 所有通道的传播延迟匹配。
6. 优化的dV/dt，可在损耗和EMI之间进行权衡。
7. 3.3 V逻辑兼容和先进的输入滤波器。
8. 符合RoHS标准，通过UL认证（文件编号E252584）。

（二）评估板主要功能

1. 输入输出参数：标称输入电压为220 VAC，在无散热片的情况下，三相输出功率可达85 W，每相输出电流可达500 mA（RMS）。
2. 直流母线参数：最大直流母线电压为400 V，最小直流母线电压为110 V。
3. 电流反馈：默认配置使用三个发射极路径中的分流器进行电流传感，若要实现单分流器传感，需要对电路板进行修改。
4. 保护功能：输出电流跳闸水平为2.5 Apk，可通过改变分流电阻或比较器阈值进行配置。
5. 板载电源：提供15 V（±5%，最大20 mA）用于CIPOS™栅极驱动器电源，3.3 V（±5%，最大50 mA）用于与控制板的接口信号和报警信号。
6. PCB特性：PCB尺寸为90 x 75 mm，采用两层FR4材料，每层铜厚35 µm。

（三）关键数据

1. 绝对最大额定值：MOSFET阻断电压最大为500 V，每个MOSFET的直流输出电流在25°C时最大为4 A，最大功率耗散在25°C时最大为24 W，隔离电压（1分钟）最大为1500 VRMS，工作结温、外壳温度和存储温度范围均为 - 40°C至150°C。
2. 推荐工作条件：正直流母线输入电压最大为400 V，高侧浮动电源电压为Vsx + 12至Vsx + 20 V，低侧和逻辑电源电压为13.5至16.5 V，输入电压为0至5 V，PWM载波频率最大为20 kHz。

五、引脚分配

（一）AC线连接器J1

S. No.	Pin	Details
1	E	Earth ground
2	L	AC neutral input
3	N	AC line input

（二）电机侧连接器J2

S.No.	Pin	Details
1	U	Connected to motor phase U
2	V	Connected to motor phase V
3	W	Connected to motor phase W

（三）iMOTION™ - M1 20针接口连接器J4

该连接器是与控制板的接口，输入信号为高电平有效，EVAL-M1-36-45A板上未插入下拉电阻，需要在控制卡上组装，iMOTION™ MADK控制卡已配备下拉电阻。在过流条件下，栅极关断信号（GK）会被拉低。

六、使用入门

（一）系统设置

要运行电机系统，需要将iMOTION™ MADK功率板EVAL-M1-36-45A与匹配的MADK控制板（如EVAL-M1-101T）结合使用，并使用iMOTION™ Software Tools MCEDesigner和MCEWizard进行系统初始设置和性能调整。具体步骤如下：

1. 从www.infineon.com/imotion - software网页获取最新的”IMC101T - T038 MCE Software Package”。
2. 通过USB电缆将板载调试器的PC - USB连接器连接到PC。
3. 将EVAL-M1-101T的M1 20针接口连接器（J2）连接到功率板。
4. 使用MCEWizard输入目标电机的系统和运行参数以及评估板的硬件参数，计算控制器的数字参数集，并将驱动参数集保存到项目目录。
5. 将电机相位输出连接到电机。
6. 将交流电源连接到功率输入连接器并开启系统。
7. 启动MCEDesigner工具，打开IMC101T - T038控制器的默认配置文件（.irc）。
8. 若MCEDesigner无法自动连接到控制板，可更改COM端口。
9. 将系统参数编程到iMOTION™ IC的内部SRAM中。
10. 点击控制栏中的绿色交通灯按钮启动电机。

（二）iMOTION™开发工具和软件

1. MCEWizard设置概述：安装后，通过桌面快捷方式打开MCEWizard，选择MADK控制板和功率板，按照向导步骤输入特定参数。若最新的功率板未在工具中预配置，可选择类似的功率板并手动输入参数。
2. MCEDesigner设置概述：安装后，通过桌面快捷方式打开MCEDesigner，打开”IMC101T_xx.irc”文件。通过“Tools”菜单中的“Programmer”将驱动系统参数文件编程到IMC101T - T038中，还可进行电机启动/停止、显示电流轨迹、更改速度等操作。

七、原理图和布局

（一）DC - Link电压测量

连接器J4的引脚14可访问直流母线电压，默认情况下电阻R14未安装在评估板上，相应控制板上必须安装下拉电阻。

（二）逆变器部分

使用CIPOS™ Nano IPM实现逆变器部分，模块包含六个功率MOSFET和三个半桥栅极驱动器，三个电容C71、C72和C73用作自举电容。

（三）电流测量和过流电路

电阻RS1至RS3用于产生与发射极电流成比例的电压，与电阻R70至R72结合产生三相通用电流信号V_TRIP，用于生成栅极关断信号I_TRIP。可通过电阻R82和R83设置比较器阈值。

（四）辅助电源

电路使用LNK304从直流母线直接生成15 V（Vcc），线性稳压器LD1117S33从Vcc生成3.3 V，LED1用于指示板是否通电，Vcc和3.3 V也通过20针接口连接器J4提供给控制板。

（五）PCB布局

该板的布局可用于不同电压或功率等级，功率PCB为两层板，可联系技术支持团队获取更详细信息和最新的Gerber文件。

八、物料清单

评估板的完整物料清单包含了各种元器件，如整流桥、电容、电感、电阻、IC等，详细信息可参考文档中的表格。

九、总结

EVAL-M1-36-45A评估板为电机驱动应用的开发提供了一个功能强大且易于使用的平台。通过了解其设计特点、安全注意事项、引脚分配、使用方法以及原理图和布局等方面的信息，工程师们可以更好地利用该评估板进行电机驱动系统的设计和评估。在使用过程中，务必严格遵守安全规定，确保自身和设备的安全。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。