EVAL - M1 - CTE620N3评估板：助力电机驱动设计的利器

在电机驱动应用的设计领域，一款性能出色的评估板能够为工程师们带来极大的便利和帮助。今天，我们就来深入了解一下英飞凌的EVAL - M1 - CTE620N3评估板，它作为iMOTION™模块化应用设计套件的一部分，为电机驱动设计提供了强大的支持。

文件下载：EVALM1CTE620N3TOBO1.pdf

一、安全注意事项

在使用EVAL - M1 - CTE620N3评估板之前，务必牢记一些重要的安全注意事项。评估板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、死亡以及设备损坏。只有熟悉驱动器和相关机械的人员才能进行系统的安装、启动和后续维护工作。同时，驱动器表面可能会发热，要防止烫伤。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。另外，不正确的应用或安装可能导致组件损坏或产品寿命缩短，移除或连接控制板时，要等待电源驱动器断电三分钟，待母线电容放电至零后再进行操作。而且，安装前要移除所有不必要的包装材料，以免导致过热或异常运行。

二、评估板简介

EVAL - M1 - CTE620N3评估电源板是iMOTION™模块化应用设计套件（iMOTION™ MADK）的一部分，要运行电机，需要匹配的控制板与该电源板进行接口连接。MADK平台允许使用不同的功率级与不同的控制板，通过20针iMOTION™ MADK M1连接器（如Eval - M1 - 101T）可以轻松实现接口连接，该评估板专为单电机控制设计。

它基于英飞凌的CIPOS™ Tiny智能功率模块（IPM），提供了易于使用的功率级。板上配备了用于无传感器磁场定向控制（FOC）的所有组件组，有单相交流连接器、整流器和三相输出用于连接电机，功率级还包含用于电流传感的发射极分流器和用于直流母线电压测量的分压器。

该评估板具有良好的兼容性，兼容DIP和SIP两种封装形式，也兼容不同功率级的CIPOS™ Tiny IPM。不过，对于不同型号的IPM，其支持程度有所不同，例如评估IM393 - X6E/F时可实现引脚对引脚组装和功率额定值匹配，但评估IM393 - S6E/F、IM393 - X6E/F或IM393 - L6E/F Tiny IPM时，只能进行功能测试评估，功率额定值可能不满足要求。

三、主要特性

（一）CIPOS™ Tiny IPM IM393 - X6E特性

• 集成功能：集成了栅极驱动器和自举功能，具备温度监测功能和保护关断引脚。
• 先进技术：采用低VCE(on)沟槽IGBT技术，所有通道都有欠压锁定功能，匹配的传播延迟，3.3V施密特触发输入逻辑，具备交叉传导防止逻辑。
• 隔离与认证：隔离电压最小为2000V RMS，CTI > 600，且已获得UL认证（待确认）。

（二）评估板特性

• 输入输出：输入电压范围为160 ~ 265VAC，最大电机功率输出为1200W，每相电流为6.8A rms。
• 兼容性与保护：兼容DIP和SIP封装，板载EMI滤波器，支持单分流器或支路分流器电流传感，具备辅助电源（15V和3.3V）、过流保护、过温硬件保护、直流母线电压传感、热敏电阻输出、故障诊断输出等功能。
• 测量与规格：测量测试点与标准示波器探头兼容，PCB尺寸为121 mm × 120 mm，两层板，每层铜厚35μm，符合RoHS标准。

四、规格参数

评估板的重要规格参数如下：	参数	值	条件 / 注释
输入电压	165 - 265 V rms	较低的交流输入会导致电机功率输出降低
输入电流	6.4A rms	输入220 V AC ，Ta = 25 °C，IM393
输出功率（三相）	1200 W	输入220V AC ，fPWM = 6 kHz，Ta = 25°C，Th = 80°C
每相电流	6.8A rms	输入220V AC ，fPWM = 6 kHz，Ta = 25°C，Th = 80°C
最大直流母线电压	420 V
最小直流母线电压	120 V
逆变器开关频率fPWM	20 kHz（最大）
逆变器电流传感电阻RS3,RS4,RS5	30 mΩ
输出电流跳闸水平	14.7 A峰值	通过改变上拉电阻R30配置
温度跳闸水平	100 °C	针对控制器板Eval - M1 - 101T
15 V电源	15 V ± 2 %，最大500 mA	用于CIPOS™ IPM栅极驱动器和LDO
3.3 V电源	3.3 V ± 1 %，最大300 mA	为控制器板和保护电路提供3.3V
PCB材料	FR4，1.6mm厚度，2层，35 µm铜厚
PCB尺寸	121 mm x 120 mm
环境温度	0到50°C	非冷凝，最大相对湿度95 %

五、引脚分配

（一）交流输入连接器J1

序号	引脚	详情
1	Line	交流线路输入
2	Neutral	交流中性线输入
3	Earth	接地

（二）20针iMOTION™ MADK - M1接口连接器J2

该连接器是与控制器板的接口，引脚分配如下：	引脚	名称	详情
1	PWMUH	3.3 V兼容逻辑输入，用于U相高端栅极驱动器
2	GND	接地
3	PWMUL	3.3 V兼容逻辑输入，用于U相低端栅极驱动器
4	GND	接地
5	PWMVH	3.3 V兼容逻辑输入，用于V相高端栅极驱动器
6	+3.3V	板载3.3 V电源
7	PWMVL	3.3 V兼容逻辑输入，用于V相低端栅极驱动器
8	+3.3V	板载3.3 V电源
9	PWMWH	3.3 V兼容逻辑输入，用于W相高端栅极驱动器
10	I_U	正电流传感输出
11	PWMWL	3.3 V兼容逻辑输入，用于W相低端栅极驱动器
12	I_U -	负电流传感输出或接地
13	GK	栅极关断信号 - 检测到过流时为低电平
14	DCBSense	直流母线正电压，通过分压器缩放到0 - 3.3 V范围
15	VTH	热敏电阻输出
16	I_V	正电流传感输出
17	I_V -	负电流传感输出或接地
18	I_W	正电流传感输出
19	I_W -	负电流传感输出或接地
20	VCC	15 V电源

（三）电机侧连接器J2

序号	详情
1	连接到电机U相
2	连接到电机V相
3	连接到电机W相

（四）风扇连接器J4

序号	引脚	详情
1	15V	连接到15V
2	GND	连接到接地

六、系统设置与启动

（一）系统设置步骤

要运行电机系统，需要将iMOTION™ MADK功率板（EVAL - M1 - CTE620N3）与匹配的MADK控制板组合使用，同时还需要iMOTION™软件工具MCEDesigner和MCEWizard来进行系统初始设置、控制和微调系统性能。具体步骤如下：

1. 下载并安装iMOTION™ PC工具（MCEWizard和MCEDesigner）。
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 - CTE620N3的MADK M1 20针接口连接器（J2）连接到控制板。
4. 从www.infineon.com/imotion - software网页获取最新的“IMC101T - T038 MCE软件包”。
5. 将电机相输出连接到电机。
6. 使用MCEWizard输入电机和评估板硬件参数，点击“Export to Designer file (.txt)”按钮生成系统驱动参数文件，供MCEDesigner使用。
7. 将交流电源连接到电源输入连接器，给系统上电。
8. 打开MCEDesigner，通过“File”菜单选择“Open”，打开IMC101T设备的MCEDesigner默认配置文件（.irc）。
9. 点击“File” > “Import Drive Parameters”，导入步骤5生成的系统驱动参数文件，选择“Update All”单选按钮。
10. 通过“Tools > Programmer”菜单，点击“Program Firmware and Parameter”单选按钮（如果IMC101T - T038 IC中已编程最新版本的MCE固件，可选择“Program Parameters”单选按钮），最后点击“Start”按钮编程固件和参数。
11. 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

iMOTION™开发工具MCEDesigner和MCEWizard的安装程序可从英飞凌iMOTIONTM网站（http://www.infineon.com/imotion - software）下载。板载调试器使用SEGGER J - Link的驱动程序与IMC101T - T038进行UART通信，J - Link驱动程序会在MCEDesigner安装过程中安装。

1. MCEWizard设置概述

安装MCEWizard后，在Windows桌面上会出现其快捷方式。双击打开MCEWizard，可通过下拉列表选择MADK控制板或功率板。如果某些最新的功率板未在MCEWizard工具中预配置，可选择相似的功率板并输入特定参数。设置完成后，点击“Next”按钮开始系统设置过程，回答完所有问题后，点击“Calculate”和“Export to Designer File (.txt)”按钮保存参数文件。

2. MCEDesigner设置概述

安装MCEDesigner后，在Windows桌面上会出现其快捷方式。双击打开并打开“IMC101T_xx.irc”文件。要将系统驱动参数编程到IMC101T - T038中，点击“Tools”菜单选择“Programmer”，在弹出窗口中点击“Program Parameters”单选按钮，选择MCEWizard创建的驱动系统参数文件，最后点击“Start”按钮。如果要编程新的固件和驱动系统参数，点击“Program Firmware and Parameter”单选按钮，分别选择参数文件和固件文件后点击“Start”按钮。

七、硬件描述

（一）逆变器部分

逆变器部分采用CIPOS™ Tiny IPM，它结合了英飞凌最新的低VCE(on)沟槽IGBT技术和行业基准的三相高压、高速驱动器（3.3V兼容），具有内置高精度温度监测和过流保护功能，以及短路额定IGBT和集成欠压锁定功能，提供了高水平的保护和故障安全操作。三对电容C20和C25、C21和C26、C22和C27用作自举电容，分别提供必要的浮动电源电压(V{BS3})、(V{BS2})和(V_{BS1})。

（二）直流母线传感和MCEWizard配置

连接器J2的引脚14和26可访问直流母线电压DCBsense，有三种可能的反馈情况。默认情况下，电阻R7未安装在EVAL - M1 - CTE620N3上，相应的控制器板上必须安装下拉电阻。通过在评估板或控制板上插入13.3 kΩ的下拉电阻，DCBSense电压可在0 - 3.3 V范围内反映0 - 420 V的直流母线电压范围；如果在评估板和控制卡上都插入13.3 kΩ的下拉电阻，DCBSense结果会缩放到0 - 1.65 V。若不需要DCBSense引脚的反馈，应移除R4、R5、R6或R8以避免连接器上出现高电压。控制器板EVALM1 - CTE620N3上的直流母线传感电阻分压器的高端电阻R4、R5、R6和R8为2000kΩ，应在MCEWizard中进行配置。

（三）电机外部电流反馈配置和计算

电流输入值是分流电阻（毫欧）与EVAL - M1 - 101T外部电流传感放大器增益的乘积。通过控制板的原理图或用户手册可找到外部放大器增益电路。根据基尔霍夫电压定律计算，EVAL - M1 - 101T和EVAL - M1 - CTE620N3组合的电流输入为25mV/A，其他MADK板组合的电流输入也可按相同方法计算并输入到MCEWizard中。

（四）逆变器过流保护和电机栅极关断配置

过流保护电路中，电流传感信号I_Shunt通过比较器U5连接到ITRIP，ITRIP通过电容C23滤波。ITRIP正向阈值(VIT,TH+)的典型值为300mV，逆变器输出峰值电流约为14.7A峰值。当电机峰值电流超过设定值I_trip且持续时间超过ITRIP输入滤波时间时，RFE会触发低电平，即栅极关断信号激活。对于iMOTION™ IMC1xx控制IC，有三种栅极关断输入源类型。若选择比较器作为栅极关断输入源，则不使用外部栅极关断信号，内部比较器会将电流传感信号I_Shunt与MCEWizard中设置的“Gatekill Comparator Reference”值进行比较。

（五）热敏电阻/NTC特性和保护计算

评估板在20针连接器J2的引脚15提供热敏电阻/NTC输出，可通过电阻测量计算温度。

1. CIPOS™内部NTC - 热敏电阻特性

CIPOS™ Tiny IPM内置NTC的热敏电阻特性如下：	描述	条件	符号	最小值	典型值	最大值	单位
电阻	TNTC = 25°C	RNTC	44.65	47	49.35	kΩ
电阻	TNTC = 125°C	RNTC	1.27	1.41	1.56	kΩ
NTC的B常数		B(25/100)	3989	4050	4111	K
温度范围			-40	-	125	℃

CIPOS™模块的VTH引脚可直接访问NTC，参考VSS。连接到+3.3V的外部上拉电阻确保产生的电压可直接连接到微控制器。

2. 过温硬件保护电路

在EVAL - M1 - CTE620N3和EVAL - M1 - 101T评估设计套件中，VTH引脚直接连接到控制器IC IMC101T的VTH引脚。

3. NTC关机值计算和配置

外部NTC温度关机值可按公式计算并在MCEWizard中配置。例如，对于EVAL - M1 - 101T，控制板上的上拉电阻为4.87kΩ，当设置温度为100°C时，关机值应为1.23V；当设置温度为85°C时，关机值应为1.62V。

（六）辅助电源

辅助电源电路采用英飞凌最新的CoolSET 5和反激拓扑，直接输出15V和6V。VCC连接到CIPOS™ I