EVAL - IKA15N65ET6评估板：助力电机控制设计的利器

在电机控制和高功率电子转换器的设计领域，一款性能出色的评估板能为工程师们的研发工作带来极大的便利。今天，我们就来详细探讨一下英飞凌（Infineon）的EVAL - IKA15N65ET6评估板，看看它在设计和应用方面有哪些值得关注的亮点。

文件下载：Infineon Technologies EVAL-IKA15N65ET6评估板.pdf

评估板概述

EVAL - IKA15N65ET6评估板专为支持永磁同步电机（PMSM）或无刷直流电机的应用设计而开发，适用于如泵、风扇、洗衣机、通用驱动器和功率高达1.2 kW的电动工具等设备。该评估板配备了来自iMOTION™、TRENCHSTOP™和CoolSET™产品系列的最新组件，为电机控制和功率转换提供了强大的支持。

主要组件及功能

1. iMOTION™ IMD112T - 6F040智能驱动器：作为电机控制器，它属于IM110 - 6系列高度集成的IC，用于控制变速驱动器。集成了电机控制器、高压三相栅极驱动器和电压调节器，通过运动控制引擎（MCE）为永磁同步电机（PMSM）提供了即用型控制解决方案，同时集成的脚本引擎让用户在不干扰电机和PFC控制算法的情况下实现应用灵活性。
2. TRENCHSTOP™ IGBT和功率二极管：TRENCHSTOP™ IGBT IKWH30N65WR6和功率硅二极管IDW30E65D1执行升压PFC功能。TRENCHSTOP™ 5 WR6系列离散器件具有低损耗特性，增加的爬电距离和电气间隙使系统设计更可靠。
3. TRENCHSTOP™ IGBT6 IKA15N65ET6：应用于三相两电平逆变器中，TRENCHSTOP™ IGBT6系列产品针对从低功率到高功率的主要家用电器（MHA）驱动应用。
4. CooSET™ TLI4971霍尔传感器：用于PFC和逆变器电流检测，该传感器采用英飞凌成熟且强大的单片霍尔技术，能实现高精度、高线性度的电流测量，避免了开环传感器常见的饱和和滞后等负面影响，还具备内部自诊断功能。
5. 辅助电源：使用ICE5GR4780AG控制器，为内部电路提供15V、3.3V和5V的辅助电压。ICE5GR4780AG是CoolSET™系列的第五代固定频率集成功率IC，采用共源共栅配置优化离线开关模式电源，具有快速启动、低EMI、高效能和多种保护功能等特点。

评估板的使用注意事项

在使用EVAL - IKA15N65ET6评估板时，需要特别注意以下安全事项：

1. 高压测量：测量电压波形时，必须使用高压差分探头，因为直流母线电位高达1000 VDC，否则可能导致人身伤害或死亡。
2. 电容放电：评估板包含直流母线电容器，主电源移除后需要时间放电。在对驱动系统进行操作前，需等待五分钟让电容器放电至安全电压水平，显示屏LED变暗并不表示电容器已放电至安全水平。
3. 热管理：测试期间，评估板的散热器和器件表面可能会变热，处理时需采取必要的预防措施，以免造成伤害。
4. 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、维修或修理组件时，需要采取静电控制预防措施，否则可能导致组件损坏。

系统设置与使用

要运行基于EVAL - IKA15N65ET6评估板的电机系统，需要使用iMOTION™ PC软件工具MCEWizard和MCEDesigner进行系统设置和性能微调。

MCEWizard设置

MCEWizard根据实数输入定义控制增益、限制和故障级别，并将其转换为基于硬件和控制限制设置的参数计数，同时将参数和变量比例因子导出到MCEDesigner。用户可以根据是否拥有评估设计套件“MCEWizard配置文件”选择不同的操作步骤：

• 有配置文件：只需点击“打开系统配置文件”按钮，更改测试电机的参数。
• 无配置文件：依次点击“文件” - “创建系统配置文件”，选择IMD112T设备，点击“确定”返回欢迎页面，选择“专家用户自定义设计”，然后点击“下一步”回答有关硬件设计和电机参数的问题。

完成所有问题回答后，点击“计算”和“导出到设计器文件（.txt）”按钮保存参数文件。

MCEDesigner设置

MCEDesigner用于编程代码和调整评估板。安装后，通过以下步骤进行设置：

1. 双击桌面上的快捷方式打开MCEDesigner。
2. 打开IMD112T智能驱动器的默认配置文件（.irc）。
3. 在“性能 > 连接”弹出窗口中选择可用的COM端口。

然后将固件（.ldf文件）和参数（.txt文件）编程到闪存中，编程完成后，系统即可运行电机，用户可以通过点击绿色或红色交通灯启动或停止电机，并查看相电流、电机速度等寄存器值的波形。

固件版本更新

如果在MCEDesigner工具中出现固件和寄存器映射版本不兼容的弹出窗口，用户只需关闭窗口，重新编程所需的固件。若要使用最新固件，可从英飞凌网站下载最新版本，然后打开最新的MCEDesigner .irc文件并重新编程最新的固件（.ldf文件）。

霍尔传感器TLI4971编程

评估板使用两个TLI4971霍尔传感器进行电流检测，传感器配置为单端模式，电流检测范围为±25 A。若要更改传感器配置，可使用从英飞凌网站下载的GUI软件进行重新编程，同时需要使用电流检测工具箱编程器进行EEPROM编程。

硬件描述

电机控制器

iMOTION™ IMD112T - 6F040智能驱动器作为电机控制器，其PWM输出内部连接到栅极驱动器输入，两个控制器数字引脚连接到栅极驱动器的使能输入和故障输出。集成的电压调节器为控制器提供5V电源，并可与栅极驱动器共享15V电源轨。

功率因数校正（PFC）

评估板采用升压PFC功能，由TRENCHSTOP™ 5 WR6 IGBT IKWH30N65WR6和硅功率二极管IDW30E65D1实现。PFC功能可减少无功功率，使电源输入电流与市电电压同步，提高功率因数。

三相功率级

三相两电平逆变器由TRENCHSTOP™ IKA15N65ET6构建，安装在与PFC级共用的散热器上。IKA15N65ET6的关键性能参数为 $V{CE}=650 V$，$I{c}=15 A$，采用PG - TO220 - 3 FP封装。

电流检测

TLI4971霍尔传感器用于PFC和逆变器电流检测，提供非接触式、电气隔离的测试方式，具有高精度和良好的线性度。

辅助电源

辅助电源使用ICE5GR4780AG控制器，通过固定频率反激拓扑从直流母线生成15V和6V电压，再由线性电压调节器IFX1117ME V33生成3.3V电压。

PCB布局

评估板的PCB默认有两个35 µm铜厚的电气层，尺寸为178mm x 125 mm，厚度为1.6 mm。其布局可用于不同电压或功率等级的应用。

系统性能评估结果

辅助电源测试

辅助电源输出的15V电压为14.89V（±1V），3.3V电压为3.302V（±5%），5V电压为4.997V（±5%），满足规格要求。

PFC测试

在不同输入电压和负载条件下进行测试，功率因数（PF）大于0.9，输入电流总谐波失真（iTHD）小于3%（满载，220V输入），表明PFC功能表现良好。

逆变器测试

逆变器输出功率（$P_{out}$）可达1200W，在1200W负载下电机相电流为5 Arms，MCE跟踪噪声在静态时小于15 cnts。

dv/dt测试

逆变器的dv/dt小于5 V/ns，满足规格要求，表明在开关过程中具有较好的电压变化率控制。

保护测试

• 逆变器短路/过流保护：在逆变器输出U、V端用1m导线短路并启动电机时，能正确保护，MCEDesigner电机显示栅极关断故障红旗。
• PFC过流保护：当电流达到30A（设定的OCD1阈值为1.2倍缩放）时，OCD1输出被拉低，触发保护。

NTC特性测试

通过测量NTC上的电压，可以得到PFC IGBT外壳温度的对应关系，为热管理提供参考。

总结

EVAL - IKA15N65ET6评估板集成了多种先进的组件和功能，为电机控制和功率转换应用提供了全面的解决方案。在使用过程中，严格遵守安全注意事项，合理利用iMOTION™软件工具进行系统设置和性能调整，能够充分发挥评估板的优势，为电机系统的设计和开发提供有力支持。各位工程师在实际应用中，不妨根据具体需求对评估板进行进一步的测试和优化，探索更多的应用可能性。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。