Renesas MCI - HV - 1 电机控制评估逆变器套件深度解析

在电机控制领域，一款性能出色且安全可靠的评估套件对于工程师们来说至关重要。Renesas 的 MCI - HV - 1 电机控制评估逆变器套件就是这样一款值得深入研究的产品。下面，我们就从多个方面来详细了解它。

文件下载：Renesas Electronics MCI-HV-1电机控制评估逆变器板.pdf

一、产品概述

MCI - HV - 1 是一款专门用于电机控制评估的逆变器套件。它的显著特点在于能够与瑞萨 CPU 板和通信板协同工作，从而轻松实现电机控制。具体而言，它具备过流检测、过压保护、过温检测等功能，还配备了 PFC 控制电路，可支持全球范围内的输入电源电压范围（AC100 - 240V 50/60Hz 或 DC141 - 390V）。此外，它在高压域和用户界面域之间采用了加强隔离设计，支持 1 - /3 - 分流电流传感，以及 HALL 传感器和编码器信号输入，并同样具备加强隔离。

二、硬件配置

（一）硬件规格

1. 基本参数：产品的板件编号为 RTKOEM0000B14030BJ，尺寸为 265mm(W)x200mm(L)×135 mm(H)，适用于室内环境，海拔最高可达 2000m。其电源电压波动范围为±10%，属于过电压类别 II，污染程度 2。
2. 输入输出参数：额定输入方面，主电源可接受 AC100 - 240V 50/60Hz、10A（从 CN2 输入）或 DC141 - 390V 10A（从 CN3 输入）；副电源在主电源为 DC 输入时需要 DC15V 1.3A，通信 V/F 域则需要 DC5V（来自 USB 连接器）。额定输出方面，对于 AC200V 输入为 1kW，DC390V 输入为 2kW。
3. 其他参数：开关频率方面，PFC 典型为 32kHz，逆变器典型为 8kHz，最大 20kHz。电流传感方面，PFC 电流传感支持 1 - /2 - 分流传感（默认 1 - 分流传感），逆变器电流传感支持 1 - /3 - 分流传感（默认 3 - 分流传感）。保护功能方面，PFC 过流检测值为 49.1A，逆变器过流检测值为 48A，PFC 线圈过温检测值为 76.9℃，逆变器过温检测值为 90℃。

（二）功能框图与布局

从功能框图可以清晰地看到各个模块之间的连接和协作关系。而逆变器板的布局设计也经过精心规划，为实际使用提供了便利。

（三）跳线设置

该套件的跳线（JP1~JP16）有默认设置，并且每种设置都对应着特定的功能。例如，JP1 和 JP2 的 1 - 2 针短接表示 3 - 分流电流传感，2 - 3 针短接则表示 1 - 分流电流传感。工程师们在使用时需要根据实际需求进行合理设置。

（四）连接器引脚分配

了解连接器的引脚分配对于正确连接和使用该套件至关重要。详细的引脚分配图为我们提供了清晰的指引。

三、设置指南

（一）硬件设置

在使用该产品时，需要准备一系列设备，如逆变器板、CPU 板、通信板、无刷直流电机、电源供应单元等。按照特定的步骤进行连接和设置，包括将 CPU 板和通信板与逆变器板连接、连接电机、连接电源等。在连接过程中，要特别注意电源的连接顺序和方式，确保设置无误后再施加主电源。

（二）电源供应

该套件的主电源供应有 AC 和 DC 两种方式。当以 AC 电压作为主电源时，内部会生成副电源（DC15V）；而当以 DC 电压作为主电源时，副电源（DC15V）必须外部供应。同时，两种情况下都需要 USB 5V 电源用于通信 I/F。在使用 DC 输入时，要注意先输入 15V 副电源，再输入主电源；关闭电源时，要先关闭主电源，再关闭 15V 副电源。此外，使用 DC 电源时还需注意电流限制和电压开启、关闭的方式。

（三）电机控制操作

电机控制的具体方法取决于连接的 CPU 板上所编写的软件规格。因此，工程师们需要参考相应软件的应用说明来详细了解控制操作。

四、硬件细节

（一）电源

1. 电压调节器：当使用 AC 输入作为主电源时，产品内部会生成 DC15V、DC12V 和 DC5V；当使用 DC 输入作为主电源时，需要外部提供副电源输入（DC15V），然后内部再从副电源输入生成 DC12V 和 DC5V。不同电压的额定电流和应用场景各不相同，例如 DC15V 用于生成其他电压、驱动 IGBT 模块和继电器以及门驱动器等。
2. 电压传感：AC 输入电压和总线电压都会被转换为特定范围的模拟信号，并输出到 CPU 板连接器。这样的设计有助于对电源电压进行实时监测和控制。
3. 放电控制：当主电源关闭时，放电开关会开启，总线电压会通过一个 8.2 kΩ 的电阻进行放电。同时，“Discharge”LED 会亮起，提醒用户在 LED 熄灭前不要触摸产品，以免发生触电危险。

（二）PFC

1. PFC 控制：支持单 PFC 和交错 PFC 控制，交错 PFC 控制还提供 1 - 分流和 2 - 分流电流传感。PFC 电流传感信号会被转换为模拟信号输出到 CPU 板连接器。
2. PFC 过流检测：当 PFC 电流超过 49.1A 时，检测信号会发生变化，并输出到 CPU 板连接器，以便及时采取保护措施。

（三）逆变器

1. 相电压传感：U、V 和 W 相电压会被转换为模拟信号输出到 CPU 板连接器，这对于准确控制电机的运行至关重要。
2. 相电流传感：支持 3 - 分流和 1 - 分流电流传感。不同的传感方式通过跳线进行切换，并且电流信号会按照特定的公式转换后输出到 CPU 板连接器。

（四）保护

1. 浪涌电流保护：该电路可防止 AC 电源开启时的浪涌电流，但在使用 DC 输入时此功能无效。用户需要通过控制特定信号来实现对浪涌电流的控制。
2. 过温检测：当 IGBT 模块温度超过 90°C 或 PFC 线圈周围温度超过 76.9°C 时，会发出过热信号，提醒用户采取相应措施。
3. 过压检测：当总线电压高于 437V 时，控制信号会发生变化，通过安装外部再生吸收电阻可以抑制总线电压的进一步升高。
4. PWM 信号过包保护：U17 为 PWM 信号提供过包保护，确保 IGBT 模块的正常控制。

（五）通信 I/F

通信 I/F 电路通过数字隔离器（U19）在产品和外部设备之间提供加强隔离，其电源由连接到 CN12 的 USB 电缆提供。

（六）传感器 I/F

该传感器 I/F 支持 HALL 传感器和编码器，同样采用数字隔离器（U20）提供加强隔离。传感器 I/F 的电源需要外部提供给 CN11 的引脚 7。编码器信号支持单端输入和差分输入，使用差分输入时需要切换跳线电阻。

五、安全注意事项

在使用该产品时，必须严格遵循文档和安全手册中的规定，否则可能会失去产品提供的安全保护。由于产品在运行过程中会施加高电压，因此在操作时要格外小心，避免触电。在进行布线工作时，一定要先关闭电源。同时，要注意电源连接时的电路保护和噪声过滤，以及接地保护等。对于过压保护用的电阻连接，要选择合适的功率电阻。此外，还要正确设置跳线，避免因设置错误而损坏电路。

六、法规信息

该产品符合低电压指令（2014/35/EU (EN61010 - 1)）和 EMC 指令（2014/30/EU (EN61326 - 1:2021)），其中 EMI 为 Class A，EMS 适用于工业电磁环境。为了达到合规要求，产品在不同的电源线上安装了多个铁氧体磁芯。

七、网站与支持

如果工程师们需要获取该产品的设计和制造信息、下载工具和文档，或者申请技术支持，可以访问 renesas.com/support 网站。

综上所述，Renesas MCI - HV - 1 电机控制评估逆变器套件在功能、性能和安全性等方面都有出色的表现。但在实际使用过程中，工程师们需要充分了解其各项特性和要求，严格按照规定进行操作，才能确保产品的正常运行和安全使用。大家在使用这款套件的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的使用经验呢？欢迎在评论区分享交流。