EVAL - M1 - IM818 - A评估板：电机驱动应用的理想之选

在电机驱动应用领域，一款性能优良、易于使用的评估板能为工程师们的设计工作带来极大便利。今天，我们就来深入了解一下英飞凌的EVAL - M1 - IM818 - A评估板，看看它在电机驱动应用中能发挥怎样的作用。

文件下载：EVALM1IM818ATOBO1.pdf

一、评估板概述

EVAL - M1 - IM818 - A评估板是iMOTION™模块化应用设计套件（MADK）的一部分。该套件旨在将各种功率级与不同的控制板相结合，通过20针的iMOTION™ MADK M1接口连接器实现轻松连接。

此评估板基于英飞凌的CIPOS™ Maxi智能功率模块（IPM），为无传感器磁场定向控制（FOC）提供了完整的功率级解决方案。它配备了单相交流连接器、整流器和三相输出，用于连接电机，同时还包含用于电流传感的发射极（桥臂）分流器和用于直流母线电压测量的分压器。

需要注意的是，评估板的设计考虑了环境条件，但未针对安全要求、整个工作温度范围或使用寿命进行全面测试。它仅用于实验室条件下的评估和测试，不适合用于可靠性测试或生产。

1.1 交付内容

评估板的供货范围仅包括评估板本身。具体的订购信息如下表所示：	Base Part Number	Package	Standard Pack	Orderable Part Number
Form	Quantity
EVAL - M1 - IM818 - A	EVAL	Boxed	1	EVAL - M1 - IM818 - A
IM818 - MCC	DIP 36X23D	TUBE	280	IM818MCCXKMA1
IM818 - LCC	DIP 36x23D	TUBE	280	IM818LCCXKMA1
IM818 - SCC	DIP 36X23D	TUBE	280	IM818SCCXKMA1
IRS2505LTRPBF	SOT23	TAPE & REEL	3000	IRS2505LTRPBF
BAS3005A02V	SC79	TAPE & REEL	3000	BAS3005A02VH6327XTSA1

1.2 框图

评估板的框图展示了其主要组成部分，包括直流EMI滤波器、软启动电路、20针iMOTION™ MADK - M1接口连接器、提供15V和3.3V的辅助电源以及CIPOS™ Maxi IPM IM818 - MCC。默认的CIPOS™ Maxi IPM为IM818 - MCC，具有1200V的电压和10A的电流额定值，采用优化的6通道SOI栅极驱动器，可用于控制三相交流电机和永磁电机，适用于变速驱动应用，如低功率电机驱动。

1.3 主要特性

• CIPOS™ Maxi IPM IM818 - MCC特性：
  • 采用1200V TRENCHSTOP™ IGBT4，最大阻断电压(V{CES}=1200V)，在25°C外壳温度下最大输出电流(I{C}=16A)。
  • 具备坚固的1200V SOI栅极驱动器技术，对瞬态和负电压具有稳定性，允许在(VBS = 15V)时负VS电位高达 - 11V进行信号传输。
  • 集成自举功能、过流关断、内置NTC热敏电阻用于温度监测、所有通道欠压锁定、低侧发射极引脚可访问、用于所有相电流监测（开放发射极）、交叉导通预防、保护时所有6个开关关闭、可编程故障清除时间和使能输入，并且引脚镀铅-free，符合RoHS标准。
• 评估板特性：
  • 标称输入电压380VAC，默认2.4kW电机功率输出。
  • 板载EMI滤波器，默认配置每个桥臂的电流传感，可对直流母线电压进行传感。
  • 测量测试点与标准示波器探头兼容，PCB尺寸为197mm x 140mm，采用两层35µm铜箔，符合RoHS标准。

1.4 板参数和技术数据

评估板的各项参数和技术数据如下表所示：	Parameter	Symbol	Conditions	Value	Unit
Input
Voltage	V in	±20% input	AC 380V rms - 3phase	DC 520V	V
Current	I in	Ta = 25℃ @1600W output	6A rms	3	A
Output
Maximum output power (3 phase)	Power out	Input 380V AC, f PWM = 6kHz, Ta = 25°C, TC = 100°C, Natural convection	1600 (IM818 - SCC)	W
			2400 (IM818 - MCC)	W
			2700 (IM818 - LCC)	W
Maximum output current (each - phase)(RMS)	Current output	Input 380V AC, f PWM = 6kHz, Ta = 25°C, TC = 100°C, Natural convection	3.2 (IM818 - SCC)	A
			4.6 (IM818 - MCC)	A
			5.2 (IM818 - LCC)	A
DC BUS
Maximum DC bus voltage	Vbus	Limited by electrolytic capacitor which max voltage is 900V	820	V
Minimum DC bus voltage	Vbus	Aux power supply can start	400	V
Current feedback
Current sensing	RSU, RSV, RSW	Two 50mΩ in parallel for one leg	25 each phase	mΩ
Protections
Output current trip level	I trip	Current feedback to controller, so over current protection level is decided by controller. This I trip level for IPM	20	A
Temperature trip level	IPM	Internal NTC temperature to controller. Recommend to set this level for protection	100	℃
On board power supply
15V	15V	Used for CIPOS™ IPM gate driver and LDO	15V ± 5%, max. 250mA	mA
3.3V	3.3V	Supplying the 3.3V to the controller board	3.3V ± 2%, max. 200mA	mA
PCB characteristics
PCB board	Material	FR4, 1.6mm thickness, 2 layers. 35µm copper thickness.
Dimension	Size 197mm x 140mm x 70mm
System environment
Ambient temperature	Ta	Non - condensing, maximum RH of 95%	10 to 25°C	℃

二、系统和功能描述

2.1 调试

EVAL - M1 - IM818 - A评估板是一个没有控制部分的电源系统，它通过M1连接器接收控制输入。以英飞凌iMOTION™控制板EVAL - M1 - 101T为例，它是一个电机控制引擎（MCE）评估板，用户在使用它驱动功率板时，可参考其用户手册AN2018 - 01获取详细信息。

2.2 入门指南

要运行电机系统，需要将iMOTION™ MADK功率板（EVAL - M1 - IM818 - A）与匹配的MADK控制板相结合。同时，还需要iMOTION™软件工具MCEDesigner和MCEWizard来初始化系统，并控制和微调系统性能以满足用户的具体需求。

2.3 系统设置

在下载并安装iMOTION™ PC工具（MCEWizard和MCEDesigner）后，需要按照以下步骤运行电机：

1. 通过USB电缆将板载调试器上的PC - USB连接器连接到PC。
2. 将EVAL - M1 - IM818 - A的MADK M1 20针接口连接器（J3）连接到控制板。
3. 从www.infineon.com/imotion - software网页获取最新的“IMC101T - T038 MCE软件包”。
4. 将电机相输出连接到电机。
5. 使用MCEWizard输入电机和评估板的硬件参数，然后点击“Export to Designer file (.txt)”按钮生成系统驱动参数文件，供MCEDesigner使用。
6. 将交流电源连接到电源输入连接器（J1）并开启系统。
7. 打开MCEDesigner，通过点击“File”菜单并在下拉列表中选择“Open”，打开IMC101T设备的MCEDesigner默认配置文件（.irc）。
8. 点击“File” > “Import Drive Parameters”，导入在步骤5中生成的系统驱动参数文件，选择“Update All”单选按钮。
9. 通过点击下拉菜单中的“Tools > Programmer”，将MCE固件和系统参数编程到iMOTION™ IC的内部闪存中。如果IMC101T - T038 IC中已经编程了最新版本的MCE固件，则可以选择“Program Parameters”单选按钮跳过固件编程。最后点击“Start”按钮编程固件和参数（或仅编程参数）。
10. 点击控制栏中的绿色交通灯按钮启动电机。

2.4 iMOTIOM™开发工具和软件

MCEDesigner和MCEWizard的iMOTION™开发工具安装程序可从英飞凌iMOTION™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驱动程序将在MCEDesigner安装过程中安装。如果驱动程序安装不正确，请前往SEGGER J - Link网站下载并安装最新的J - Link“Windows软件和文档包”。

2.4.1 MCEWizard设置概述

安装MCEWizard后，其快捷方式会出现在Windows桌面上。双击快捷方式打开MCEWizard，通过下拉列表选择MADK控制板或功率板。如果最新的功率板未在MCEWizard工具中预配置，则可以选择其他类似的功率板，并根据所选板的具体参数值进行设置。确保选中“我已修改电路板”和“启用高级问题”复选框。完成所有问题的回答后，点击“Calculate”按钮和“Export to Designer File (.txt)”按钮保存参数文件，供MCEDesigner使用。

2.4.2 MCEDesigner设置概述

安装MCEDesigner安装程序后，其快捷方式会出现在Windows桌面上。双击快捷方式打开MCEDesigner，然后打开“IMC101T_xx.irc”文件。要将系统驱动参数编程到IMC101T - T038中，点击“Tools”菜单并选择“Programmer”，在弹出窗口中点击“Program Parameters”单选按钮，然后通过“Browse”选择使用MCEWizard创建的驱动系统参数文件，最后点击“Start”按钮将参数文件编程到IMC101T - T038 IC中。编程完成且电机驱动系统通电后，MCEDesigner可用于启动/停止电机、显示电机电流轨迹、更改电机速度、修改驱动参数等功能。

2.5 功能块描述

评估板的功能块包括AC线路连接器、继电器和保险丝、20针iMOTION™ MADK - M1接口连接器、分流电阻、EMI滤波器、辅助电源、电机相连接器、CIPOS™ Maxi IPM和整流桥等。同时，文档还提供了各个连接器的详细信息，如AC线路连接器J1、20针iMOTION™ MADK - M1接口连接器J3和电机侧连接器J2的引脚分配。

2.6 硬件描述

2.6.1 DC总线测量和MCEWizard配置

连接器J3的引脚14可访问直流母线电压，默认情况下，评估板上安装了1MΩ的下拉电阻R8，以防止高总线电压直接连接到连接器J3。控制板上需要插入13.3kΩ（EVAL - M1 - 101T）或4.87kΩ（EVAL - M1 - 183M）的下拉电阻，使DCBSENSE电压在0到3.3V范围内，反映0到800V的直流母线电压范围。

2.6.2 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。根据基尔霍夫电压定律计算得出，EVAL - M1 - 101T和EVAL - M1 - IM818 - A的MADK组合的电流输入为20.83mV/A。

2.6.3 ITRIP和GK设置

• ITRIP设置：IM818系列通过将ITRIP输入与分流电流反馈连接提供过流检测功能。ITRIP比较器阈值（典型值0.5V）参考VSS接地。当电流高于28.6A时，将导致栅极驱动器所有输出关闭，关闭传播延迟通常为1µs。
• PWM关闭和GK输出：当检测到过流时，ITRIP电压超过阈值，C30放电，GK降为“0”，并通过J3向控制板发送信号。GK“0”状态持续约150µs，之后GK变为开路漏极，通过R20对C30充电，R20和C30的时间常数约为470µs。

2.6.4 NTC热敏电阻特性和过热保护计算

评估板使用NTC热敏电阻进行温度监测，NTC在(TNTC = 25^{circ}C)时为85kΩ，B常数为4092K。文档提供了不同温度下NTC电阻和VTH输出电压的对应关系表，可用于设置IPM温度关机值。

2.6.5 EMI滤波器和软启动电路

从AC线路输入连接器J1到整流后的直流母线电压的电路包括一个无源EMI滤波器、40A/1200V整流块DB、用于浪涌电流保护的保险丝F1和用于软启动和降低稳态传导损耗的继电器K1。四个电解电容用于缓冲整流后的直流母线电压。

三、原理图和布局

3.1 逆变器部分

评估板的逆变器部分采用CIPOS™ Maxi IPM实现，模块包括优化的SOI栅极驱动器和三相逆变器，使用1200V TRENCHSTOP™ IGBT和发射极控制二极管。三个电容C10、C11和C12用作自举电容，分别提供必要的浮动电源电压VBS1、VBS2和VBS3。

3.2 辅助电源

辅助电源电路包括ICE5QSAG，用于直接从直流母线生成15V电压，VCC连接到CIPOS™ IPM内部的栅极驱动器。线性稳压器IFX25001ME V33从15V电源VCC生成3.3V电压，VCC和3.3V也出现在20针接口连接器J2上，为控制板上的电路供电。

3.3 布局

评估板的PCB默认有两个电气层，铜箔厚度为35µm，尺寸为197mm × 140mm，板厚为1.6mm。用户可联系技术支持团队获取更详细的信息和最新的Gerber文件。

3.4 物料清单

评估板的完整物料清单可在英飞凌主页的下载部分获取，下载需要登录。文档中列出了一些重要部件的物料清单。

四、系统性能

4.1 输出能力测试结果

为了测试EVAL - M1 - IM818 - A的总功率能力，在不同的输入和输出电流下测试了IPM外壳温度。测试温度(T_{a}=25^{circ}C)，评估板提供风冷选项，风扇驱动设置为15V 200mA。测试设置包括400VDC（298VAC 50Hz三相输入）、700VDC（518VAC 50Hz三相输入）、380VAC（三相输入），PWM频率为6kHz和20kHz的三相调制。通过红外相机测量IPM外壳温度，运行电机至40