EPC9167与EPC9167HC电机驱动板：高效电力转换的利器

在电子工程师的世界里，一款性能卓越的电机驱动板是实现高效电力转换和电机控制的关键。今天，我们就来深入了解一下EPC9167和EPC9167HC这两款电机驱动板，看看它们究竟有哪些独特之处。

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一、产品概述

EPC9167是一款3相无刷直流（BLDC）电机驱动逆变器板，采用了EPC2065 eGaN FET，其最大RDS(on)为3.6 mΩ，最大器件电压为80 V。该板有两种配置：标准配置（EPC9167）每个开关位置使用单个FET，高电流配置（EPC9167HC）每个开关位置使用两个并联的FET，最大输出电流可达42 Apk（30 ARMS）。此外，该板还可配置用于多相DC - DC转换，EPC2065在电机驱动应用中支持高达250 kHz的PWM开关频率，在DC - DC应用中支持高达500 kHz的开关频率。

二、主要特性

1. 宽输入电压范围

支持14 V至60 V的宽输入直流电压范围，能够适应不同的电源环境。

2. 低失真开关

低失真开关特性可降低电机音频发射，减少转矩脉动，提高电机运行的稳定性和安静性。

3. dv/dt优化

针对电机驱动进行了dv/dt优化，小于10 V/ns，同时也可根据DC - DC应用的需求增加dv/dt。

4. 高精度电流和电压检测

具备高精度和高带宽的电流检测功能，用户可在串联和支路分流电流传感器之间进行选择。同时，还能对所有相电压和直流电源电压进行检测。

5. 完善的保护功能

包括过流保护和输入电源欠压锁定，确保系统在异常情况下的安全性。

6. 多种接口

提供轴编码器/霍尔传感器接口连接器，支持两种电压电平选择，方便与不同的传感器配合使用。

7. 可配置性

该板还可配置为同步降压DC - DC转换器，增加了其应用的灵活性。

三、电气规格

Symbol	Parameter	Conditions	Min	Nom	Max	Units
VIN	Input supply voltage		14	48	60	V
IPhase	EPC9167HC Phase current (1)			20	30	A RMS
EPC9167 Phase current (1)			15	20
fsw	Switching frequency		20	100	250 (4)	kHz
VIN_uvlo	Input undervoltage lockout voltage			14		V
VIN_uvlo_hys	Input undervoltage lockout voltage hysteresis			1.64
VIH	PWM high - level logic threshold	PWM rising edge	2.4
VIL	PWM low - level logic threshold	PWM falling edge			0.8
VIHyst		VIH Rising – VIL Falling		0.5
Rin	PWM input pulldown resistance			150		kΩ
PWmin	Minimum input pulse - width	50% level to 50% level – based on gate driver specs		120		ns
tProp_delay	PWM input to Switch - node transition delay	High - side/Low - side on/off		50
VIsns_range	Phase current sense voltage dynamic range	–Imax to Imax	0		3.3	V
Isns_range	Phase current sense dynamic range	Shunt = 1.0 mΩ, current sense amplifier gain = 20	- 82.5		82.5	A
Iovc (2)	Positive over - current threshold	Over - current circuits detects both positive negative OVC			50
VIsns_offset	Amplified current sense signal offset voltage	Shunt = 1.0 mΩ, current sense amplifier gain = 20, Iphase = 0 A		1.65		V
GIsns	Amplified current sense gain	Shunt = 1.0 mΩ, current sense amplifier gain = 20. VIsns – VIsns_offset is positive when current enters the inverter		20		mV/A
GVsns	Phase and DC voltage sense gain (3)			40.5		mV/V

需要注意的是，最大电流取决于芯片温度，实际最大电流会受到开关频率、母线电压和散热条件的影响。

四、关键部件与电路

1. 功率级

采用EPC2065 eGaN FET和栅极驱动器的3相逆变器。如需了解EPC2065的详细信息，可参考EPC官网提供的数据手册。

2. 板载电源

包括逻辑和栅极驱动器的辅助电源，由逆变器板的主输入电源供电。同时，还为控制器连接器（J60）提供3.3 V的控制器电源电压，可通过移除电阻（R803）断开。

3. 电流和电压检测

逆变器配备了所有相的电压和电流检测以及直流输入电压检测。输出电流可通过1.0 mΩ的分流器（Fx_Rsp1）进行串联测量，也可使用4个4.0 mΩ的支路分流器（相当于1.0 mΩ的支路分流器）进行测量。通过跳线（Jsnsx）的正确设置，用户可以在同相或支路分流电流检测之间无缝切换。

4. 温度传感器

板上配备了温度传感器（U40 – AD590），位于板的底部中心位置，可通过以下公式将测量的模拟电压转换为温度： [T=left(frac{V cdot 1000}{7.87}right)-273.16left[^{circ} Cright]]

5. 连接和控制器匹配选项

使用40针连接器在接口控制板和EPC9167电机驱动逆变器之间连接电源、PWM信号和模拟反馈信号。具体的引脚分配可参考文档中的表格。

6. LED指示灯

板上有多个LED指示灯，用于指示各种电源电压的状态，如5 V LED（橙色）表示5 V电源正常工作，3.3 V LED（黄色）表示3.3 V电源正常工作。

7. 测试点

提供了多个测试点，方便测量各种节点的电压和电流，包括5 V电源、3.3 V电源、过流检测、各相电压、放大后的电流信号、轴编码器或霍尔传感器信号等。

8. 过流保护

板上包含过流检测电路，当任何一相的电流测量值超过50 A时，该电路将触发。一旦触发过流，低电平有效的OC信号将在短时间内保持低电平，由R29和C16的RC时间常数（3.6 μs）决定。如果安装了跳线JOCPn，所有PWM信号将与栅极驱动器断开。OC检测信号可通过R60（默认安装）传递给控制器。

9. 跳线设置

板上提供了两个跳线，其功能如下：	Jumper	Installed	Open
JOCPn	过流检测电路独立于微控制器禁用PWM信号	过流检测电路不独立于微控制器禁用PWM信号。在这种情况下，必须安装R60，微控制器必须及时对过流检测做出反应
Jsnsx	位置1 - 2选择支路分流电流检测模拟信号，位置2 - 3选择同相电流检测模拟信号（Jsnsx的引脚3靠近控制连接器）	不允许。跳线Jsns1、Jsns2和Jsns3必须安装在两个可能的位置之一

10. 轴编码器/霍尔效应传感器

连接器（J80）用于将轴传感器连接到EPC9167电机驱动逆变器，支持光学正交编码器或霍尔效应传感器，并为编码器提供电源电压。可通过安装相应的电阻选择5 V（默认使用R81）或3.3 V（使用R82）的电源电压。

五、兼容控制器

EPC9167支持多种兼容控制器，适用于电机驱动和DC - DC应用，具体如下：	Controller Board Number	Controller Manufacturer	Controller	Target Application
EPC9147A - Rev. 2.1	Microchip - MA330031 - 2	dsPIC33EP256MC506	Motor Drive
EPC9147B - Rev. 2.0	Texas Instruments - LAUNCHXL - F28379D	TMS320F2837xD	Motor Drive
EPC9147C - Rev. 1.0	ST Microelectronics	NUCLEO - G431RB / NUCLEO - G474RE	Motor Drive
EPC9147E - Rev. 2.0	Generic Interface board	N/A	Motor Drive or DC–DC converter
EPC9528 - Rev. 3.0	Generic controller board	dsPIC33CK256MP503	DC–DC converter

六、应用配置

1. 电机驱动逆变器

这是EPC9167的主要应用场景，可用于无传感器或带轴编码器传感器的配置。用户可以根据需求选择不同的电机驱动控制器，利用现有的资源简化和加速开发与评估过程。在默认配置下，EPC9167与EPC9147C配对，预编程为使用无传感器磁场定向控制和空间矢量脉宽调制（SVPWM），为Teknic M - 3411P - LN - 08D的NEMA 34尺寸电机供电和控制，直流电源电压为48 V。

2. 多相同步降压转换器

EPC9167可配置为2相或3相的多相同步降压转换器。在配置为2相转换器时，用户可以选择任意输出组合，但需要合理使用板上的电感焊盘，并根据所选的工作频率选择合适的电感值。在这种配置下，需要移除Y电容（CY），并使用能够承载额定负载电流的导体短接焊盘。

3. 全桥同步降压转换器

EPC9167还可配置为全桥转换器，可使用三相中的任意两相。用户在连接负载时需要采取适当的措施，确保正确的负载连接。输出电压可以使用相应的相电压测试点进行测量，同时需要确保测量系统的隔离。

七、快速启动步骤

以使用EPC9147C控制器的电机驱动应用为例，快速启动步骤如下：

1. 将EPC9167与适用的控制器接口板（如EPC9147C）配对，并参考相应控制接口板的快速启动指南了解详细的操作步骤。
2. 将参数已编程到控制器中的正确电机连接到EPC9167的连接器J1，并将直流电源连接到连接器J5和J6（注意正确的极性，板上没有反极性保护）。
3. 将主电源电压预设到工作电压，打开电源，观察电源LED指示灯亮起。按下启动/停止按钮启动电机旋转。可使用ST Microelectronics电机控制软件进行更多控制，具体细节请参考EPC9147C的快速启动指南。
4. 电机运行后，进行必要的测量。
5. 关闭时，按下启动/停止按钮停止电机旋转，然后关闭主直流电源。

八、热考虑

EPC9167适用于在室温环境下进行台面评估，可采用自然对流或强制风冷。添加散热片可以显著改善eGaN FET的散热效果，提高器件的电流容量，但需确保不超过芯片的绝对最大温度150°C。 板上配备了四个机械垫片（S1、S2、S3、S4），可用于轻松安装标准四分之一砖转换器散热片，只需使用导热界面材料（TIM）、散热片和螺丝即可。在安装散热片时，需要添加一层薄的绝缘层，以防止散热片与电容器和电阻器等暴露导体的组件短路。 TIM的选择需要考虑机械柔韧性、电气绝缘性和热性能等因素。EPC推荐了几种导热界面材料，如t - Global的TG - A1780 x 0.5 mm（导热率为17.8 W/m·K）、TG - A6200 x 0.5 mm（导热率为6.2 W/m·K），Bergquist的GP5000 - 0.02（导热率为5 W/m·K）和GPTGP7000ULM - 0.020（导热率为7 W/m·K）。

九、实验验证示例

EPC9167HC电机驱动逆变器与EPC9147C接口控制器配对，在48 V直流电源下以100 kHz的开关频率运行，死区时间设置为50 ns，为500 W电机供电，正弦调制频率为5 Hz。在无散热片和自然对流的情况下，向电机输送的相电流为25 ARMS；在有散热片和自然对流的情况下，相电流可达30 ARMS。

十、总结

EPC9167和EPC9167HC电机驱动板以其高性能、高灵活性和完善的保护功能，为电子工程师提供了一个强大的工具，可广泛应用于电机驱动和DC - DC转换等领域。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和条件，合理选择配置和使用这些驱动板，同时注意热管理等方面的问题，以确保系统的稳定运行。你在使用类似电机驱动板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。