EVAL-M1-05F804R评估板：电机驱动设计的得力助手

作为电子工程师，在电机驱动设计领域不断探索高效、可靠的解决方案是我们的追求。今天，我将为大家详细介绍英飞凌（Infineon）的EVAL-M1-05F804R评估板，它在电机驱动应用中展现出了出色的性能和丰富的功能。

文件下载：Infineon Technologies EVAL-M1-05F804R iMOTION™ MADK电源板.pdf

评估板概述

EVAL-M1-05F804R是iMOTION™模块化应用设计套件中的一款功率评估板。它配备了iMOTION标准接口M1连接器，以及三个用于电机驱动应用的CIPOS™ Nano 40 V半桥模块。该评估板旨在支持客户在使用IRSM005 - 800MH CIPOS™ Nano功率模块进行应用设计的初期阶段，帮助他们更好地理解和应用相关技术。

需要注意的是，这款产品未按照汽车电子委员会的AEC Q100或AEC Q101文件进行认证，并且PCB和辅助电路并非针对最终客户设计进行优化，也不一定满足安全、EMI或质量标准（如UL、CE）要求。

订购信息

部件编号	符号	包装	数量
EVAL-M1-05F804R		纸箱	1
IRSM005 - 800MH	U1, U2, U3	QFN 7x8	3
BAS3005A - 02V	D1, D2, D3, D7, D8, D9, D10, D11	SC79	8

安全注意事项

在使用评估板时，安全是至关重要的。以下是一些需要特别注意的安全事项：

1. 电容放电：评估板包含直流母线电容器，在移除主电源后，这些电容器需要时间放电。在对驱动系统进行操作之前，务必等待五分钟，确保电容器放电到安全电压水平。否则，可能会导致人身伤害或死亡。需要注意的是，显示屏LED变暗并不意味着电容器已放电到安全电压水平。
2. 电源操作：在断开或重新连接电线，或进行维护工作之前，务必先移除或断开驱动器的电源。移除电源后，等待五分钟让母线电容器放电。在母线电容器放电到零之前，切勿尝试对驱动器进行维修。否则，可能会导致人身伤害或死亡。
3. 散热问题：评估板的散热器和设备表面在测试过程中可能会变热。因此，在处理评估板时，需要采取必要的预防措施，以免造成伤害。
4. 人员资质：只有熟悉驱动器、电力电子和相关机械的人员才能对系统进行规划、安装、调试和后续维护。否则，可能会导致人身伤害和/或设备损坏。
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、存储等过程中，需要采取静电控制预防措施。如果不熟悉静电控制程序，请参考相关的ESD保护手册和指南。
6. 正确应用：驱动器的错误应用或安装可能会导致组件损坏或产品寿命缩短。例如，电机选型过小、提供不正确或不足的交流电源、环境温度过高等布线或应用错误，都可能导致系统故障。
7. 包装材料：评估板在运输时配备了包装材料，在安装前需要将其移除。否则，可能会导致过热或异常运行条件。

评估板特性

功能框图

评估板需要直流电压输入，并提供三相交流输出以驱动电机。板载的DC/DC转换器通过M1连接器为驱动器生成15 V电压，为控制器生成3.3 V电压。其功能框图清晰地展示了各个部分的连接和工作原理。

主要特性

EVAL-M1-05F804R是一款完整的功率评估板，具备以下主要特性：

1. 三相IPM：包含用于电机驱动应用的三相智能功率模块（IPM），展示了英飞凌的IPM技术。
2. CIPOS™ Nano模块特性：
   • MOSFET漏源电压为40 V。
   • 在25°C外壳温度下，最大直流电流可达80 A（键合线电流限制为49 A）。
   • 采用低热阻和最小寄生电感的封装。
   • 独立的栅极驱动器与逻辑输入同相。
   • 栅极驱动电源为15 V。
   • 兼容3.3 V逻辑输入。
   • 传播延迟符合规定规格。
   • 驱动器内部具有欠压锁定保护。
   • 暴露的驱动器输出和HEXFET栅极端子可通过电阻进行dv/dt设置。

关键数据

以下是IRSM005 - 800MH的一些关键数据：	符号	描述	最小值	最大值	单位
VDS	MOSFET漏源电压		40	V
IO	每个MOSFET在TC = 25°C时的最大直流电流		80	A
Pd	每个MOSFET在TC = 100°C时的最大功耗		13	W
TJ (MOSFET & IC)	工作结温		150	°C
TS	存储温度范围	-40	150	°C
VB	高端浮动电源电压	-0.3	VS + 20	V
VS	高端浮动电源偏移电压	VB - 20	VB + 0.3	V
VCC	低端固定电源电压	-0.3	20	V
VIN	LIN、HIN的低输入电压	-0.3	VCC + 0.3V	V

评估板规格

评估板的规格参数如下：	参数	值	条件 / 注释
输入电压	6 - 30 Vrms	较低的直流输入，电机功率输出较小
输入电流	10.5 Arms	输入24 VDC，Ta = 25°C
输出功率（三相）	240W	输入24 Vo，fPWM = 9 kHz，Ta = 25°C，Tcase = 100°C，无散热器
每相电流	10.2 Arms	输入24Vog，FPWM = 9 kHz，T = 25°C，ase = 100C，无散热器
最大直流母线电压	32V
逆变器电流感测电阻R16	2.7m
输出电流限制	18 Apeak	由外部比较器电路设定
温度跳闸水平	100°C	用户需要考虑NTC传感器的温度差距，建议设置为105°C或更低
板载电源15V	15V ± 5%，最大50mA	用于IPM和3.3VDC/DC
板载电源3.3V	3.3V ± 5%，最大120mA	用于IMC控制器和保护电路
PCB材料	FR4，2 oz.	2层
PCB尺寸	91 mm x 69 mm x 1.6 mm
环境温度	0 - 50°C	非冷凝，最大相对湿度75%

系统和功能描述

功能模块

评估板的功能模块包括DC输入、三相输出、直流电容器、带有温度传感器的CIPOS Nano IPM、电流感测、PWM保护、辅助电源和M1连接器。这些功能模块协同工作，实现了电机驱动的各项功能。

引脚分配

• DC输入连接器J1：	引脚	名称	详细信息
  1	DC+	直流正连接器
  2	DC-	直流负连接器

• 电机侧连接器J2：	引脚	名称	详细信息
  1	U	连接到电机U相
  2	V	连接到电机V相
  3	W	连接到电机W相

• iMOTION™ MADK - M1 20引脚接口连接器J3：这是与控制板的接口，其引脚分配详细说明了各个引脚的功能，如PWM信号输入、电源供应、电流反馈等。

系统连接和软件使用

要使用评估板进行电机驱动测试，需要进行以下步骤：

1. 获取软件：从英飞凌网站（www.infineon.com/imotion - software）获取最新的“IMC101T - T038 MCE软件包”。
2. 连接硬件：通过USB电缆将板载调试器的PC - USB连接器连接到PC；将EVAL - M1 - 101T的M1 20引脚接口连接器（J2）连接到功率板（如EVAL - M1 - 05F804R）；将电机相输出连接到电机；将直流电源连接到功率输入连接器并开启系统。
3. 参数设置：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。然后将驱动参数集保存到项目目录中，供MCEDesigner使用。
4. 启动MCEDesigner：打开MCEDesigner工具，并打开IMC101T - T038控制器的默认配置文件（.irc）。如果无法建立连接，需要更改COM端口。
5. 编程参数：使用“Tools” > “Programmer”将系统参数编程到iMOTION™ IC的内部SRAM中。
6. 启动和停止电机：通过点击控制栏中的绿色和红色交通灯按钮来启动和停止电机。

追踪功能

MCEDesigner具有追踪功能，可以捕获系统运行期间的参数变化，有助于调试系统和检查PCB布局/参数。通过该功能，我们可以观察到典型的电机电流波形，如正弦波无刷电机在特定条件下的电流波形。

不同PWM载波频率下的TCMAX与IOUT关系

评估板在不同PWM载波频率下，模块的TCMAX（最大结温）与IOUT（输出电流）之间存在一定的关系。了解这种关系有助于我们在不同的工作条件下合理选择参数，确保系统的稳定运行。

IPM冷却选项

为了保证评估板在不同功率应用下的正常工作，提供了三种冷却选项：

1. 自冷却：IRSM005 - 800MH通过PCB上的铜和过孔实现双面冷却。在0 - 10.2 A负载（输入：DC24V，FPWM = 9 kHz，Ta = 25°C，TC ≤ 100°C）下，评估板可以通过PCB铜散热良好，无需额外的散热器。
2. 散热器安装：对于高电流和低温升应用，评估板在PCB底部预留了50 mmX50 mm的空间用于安装散热器。安装时需要注意使用隔离热垫来隔离PCB电路和散热器。
3. 风扇冷却：无论采用自冷却还是散热器冷却模式，评估板都支持额外的风扇冷却。在风扇冷却模式下，建议将Tc限制设置为低于85°C，以防止MOSFET过热。

原理图、布局、BOM和连接器细节

逆变器部分

逆变器部分采用CIPOS™ Nano实现，使用三个半桥模块作为三相逆变器桥部分。每个半桥模块包含两个功率MOSFET和一个半桥栅极驱动器。同时，还设置了分流电阻部分，以及用于提供必要浮动电源电压的自举电容器。

DC/DC部分

评估板的电源部分通过LM5163从直流母线生成+3.3 V电压，用于+15 V和过流比较器电路。LMR64010则从+3.3 V生成15 V电压，连接到CIPOS™ Nano内部的栅极驱动器。LED1用于指示评估板是否通电。

DC - link电压测量

连接器J3的引脚14提供了对直流母线电压的访问。该引脚关联了三种可能的反馈情况，同时在连接端口设置了安全电阻R42。

电流感测和放大

评估板的电流反馈通过R16进行信号分流感测。同时，设置了低通滤波器（LPF）来去除EMC噪声，并通过放大器对电流信号进行放大。放大器的增益、电流缩放、静态状态和响应时间等参数都经过了精心设计。

电流反馈到EVAL - M1 - 101T

电流信号通过特定的电路传输到控制板。在传输过程中，需要考虑信号的衰减、总增益、总灵敏度和电流偏移等因素，以确保信号的准确传输和处理。

过流保护（OCP）和相关设置

评估板设置了过流保护电路，当分流电流超过设定的阈值（17.2 A）时，会触发保护机制，关闭PWM输入，并向控制板发送信号。同时，还介绍了PWM关闭和GK输出的逻辑，以及在MCEWizard中进行OCP设置的方法。

SPWM输入和功率输出

评估板的SPWM输入和功率输出部分展示了典型的正弦电流波形，如无刷电机在特定输入条件下的输出功率电流波形。

NTC热敏电阻特性和过热保护计算

评估板上的NTC热敏电阻（R50）用于测量Tc，实现过温保护。该温度值通过J3发送到EVAL - M1 - 101T。不同温度下，NTC热敏电阻的电阻值和输出电压会发生变化，我们可以根据这些特性进行过热保护计算。

布局和物料清单（BOM）

评估板的PCB布局经过精心设计，以确保各个部分的正常工作。同时，完整的物料清单可以从英飞凌主页的下载部分获取，其中包含了评估板的关键组件信息。

总结

EVAL-M1-05F804R评估板为电机驱动设计提供了一个全面的解决方案。它不仅具备丰富的功能和出色的性能，还提供了详细的文档和软件支持，方便我们进行设计、调试和优化。在使用过程中，我们需要严格遵守安全注意事项，合理选择冷却选项，确保系统的稳定运行。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地了解和使用这款评估板，为电机驱动设计带来更多的便利和创新。

大家在使用EVAL-M1-05F804R评估板的过程中，有没有遇到什么有趣的问题或者独特的解决方案呢？欢迎在评论区分享交流！