Infineon EVAL-M1-IM323评估板：电机驱动设计的理想之选

在电机驱动应用设计领域，Infineon的EVAL-M1-IM323评估板凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款评估板。

文件下载：EVALM1IM323TOBO1.pdf

评估板概述

EVAL-M1-IM323评估板是iMOTION™模块化应用设计套件（MADK）的一部分，专为主要家用电器（如空调、泵、风扇等）的电机驱动应用设计提供初始支持。它可以轻松通过20针iMOTION™ MADK M1连接器与控制板（如EVAL-M1-101T）连接，展示了英飞凌CIPOS™ Tiny智能功率模块（IPM）技术和先进的运动控制引擎（MCE 2.0）技术在永磁电机驱动中的应用。

供应范围

该评估板基于Infineon的CIPOS™ Tiny智能功率模块IM323-L6Gx，提供了一个易于使用的功率级。交付内容包括成品评估板，具备单相交流输入连接器、EMI滤波器、输入整流器、直流母线电容器和三相输出以连接电机。此外，还包含基于CoolSET™的辅助电源（提供15V和3.3V输出）、用于电流感测和过流保护的发射极分流器以及用于直流母线电压测量的分压器。

主要特性

• 宽输入电压范围：支持165 VAC至265 VAC的输入电压，最大输入电流在165 VAC时可达12 A。
• 高功率输出：在220 VAC时，最大电机功率输出可达1500 W。
• 电路保护：具备浪涌电流限制器、板载EMI滤波器，符合EN55032标准。
• 辅助电源：提供15 V和3.3 V的辅助电源。
• 多重保护：拥有过流硬件保护和过温保护功能。
• 参数监测：可感测直流母线电压，具备热敏电阻输出和温度控制的冷却风扇速度调节功能。
• PCB特性：尺寸为180 mm × 140 mm，两层1 oz.铜，符合RoHS标准。

技术参数

参数	符号	条件	值	单位
输入电压	VAC	较低交流输入，电机功率输出较小	165 - 265	Vrms
输入电流（最大1）	IAC(max1)	输入265 VAC ，fPWM = 6 kHz，TA = 29°C，TC = 90°C，带散热器	8.72	Arms
输入电流（最大2）	IAC(max2)	输入165 VAC ，fPWM = 6 kHz，TA = 29°C，TC = 90°C，带散热器	12.59	Arms
输出功率（三相）	Pout(max)	输入165 VAC ，fPWM = 6 kHz，TA = 29°C，TC = 90°C，带散热器	1400	W
每相电流	Iout(max)	输入165 VAC ，fPWM =6 kHz，TA = 29°C，TC = 90°C，带散热器	7.788	Arms
直流母线最大电压	VDC(max)	交流输入265 Vrms	355	V
直流母线最小电压	VDC(min)	交流输入165 Vrms	208	V
电流反馈分流电阻	RS1, RS2, RS3	相分流	30	mΩ
过流保护	IOCP	通过改变分流电阻RS1, RS2, 和RS3进行配置	21.5	Apeak
辅助电源电压电路（VCC）输出电压	VCC	用于IPM电源	15 ±5%	V
辅助电源电压电路（VCC）输出电流	IVCC	用于IPM电源	100	mA
3.3 V输出电压	V3.3 V	用于IMC101T控制器和保护电路	3.3 ±2%	V
3.3 V输出电流	I3.3 V	用于IMC101T控制器和保护电路	200	mA
PCB尺寸	-	长度 × 宽度	180 × 140	mm
系统环境环境温度	TA	-	29	°C

系统和功能描述

启动步骤

要运行电机系统，需要将iMOTION™ MADK功率板（EVAL-M1-IM323）与匹配的MADK控制板（如EVAL-M1-101T）组合使用。以下是启动系统的详细步骤：

1. 硬件连接：将EVAL-M1-101T控制板连接到EVAL-M1-IM323评估板，然后将PC USB连接器连接到EVAL-M1-101T控制板。同时，连接220 V交流电源和UVW输出到电机。
2. 参数设置：在MCEWizard中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。
3. 软件配置：启动MCEDesigner工具，打开IMC101T设备的默认配置文件（.irc）。如果连接失败，可更改COM端口。
4. 固件编程：如果IC为空，需要将固件和参数文件编程到iMOTION™控制IC的内部闪存中。
5. 电机调试：通过VF诊断功能监测电机电流，调整参数直到示波器显示稳定的正弦电流。
6. 电机运行：点击控制栏中的绿色交通灯按钮或双击Motor1页面中的Start Motor子功能启动电机。检查电机旋转方向，如有需要调整UVW连接顺序或设置负目标速度。

功能模块描述

• IM323-L6Gx概述：CIPOS™ Tiny IPM IM323产品组集成了各种功率和控制组件，提高了可靠性，优化了PCB尺寸，降低了系统成本。它适用于控制变速驱动器中的三相交流电机和永磁电机，具有600 V反向导通、RCD2 IGBT、坚固的SOI栅极驱动技术等特点。
• ICE5AR4770BZS概述：ICE5AR4770BZS是一款第5代固定频率集成功率IC（CoolSET™），采用700 V雪崩坚固的CoolMOS™ MOSFET技术控制器芯片，具有最大100 kHz的开关频率、高达15 W的功率输出、欠压保护等多种功能。
• 电机外部电流反馈配置和计算：电流输入值是分流电阻（以毫欧为单位）和EVAL-M1-101T外部电流感测放大器增益的乘积。通过特定的电路和计算，可以得出EVAL-M1-101T和EVAL-M1-IM323组合的电流输入为25 mV/A。

系统设计

电路设计

• EMI滤波器和软启动电路：该电路包括一个由X2、Y2电容器和共模电感组成的无源EMI滤波器、一个35 A/800 V整流桥D1、一个用于电路保护的保险丝F1、一个PTC电阻R1和一个用于软启动和降低稳态传导损耗的继电器K1。
• 逆变器部分：使用CIPOS™ Tiny IPM实现逆变器部分，该模块包括优化的反向导通IGBT Gen 2（RCD2）和行业基准的坚固半桥驱动器。分流电阻部分允许通过不同组合实现相分流或单分流。
• 辅助电源：辅助电源电路采用Infineon的最新CoolSET™ 5（ICE5AR4770BZS）和反激拓扑，直接输出15 V和7 V。线性稳压器IFX25001ME V33从7 V电源生成3.3 V电源，用于逆变器的外部过流比较器电路。

布局设计

EVAL-M1-IM323板有两层140 µm铜（1 oz.铜），尺寸为180 mm x 140 mm，PCB厚度为1.6 mm。通过提供的装配图和层图，可以清晰了解电路板的布局。

物料清单

完整的物料清单可从英飞凌网站的下载部分下载（需要客户登录）。文档中列出了评估板最重要/关键部分的BOM，包括各种电容、电阻、二极管、继电器等元件的详细信息。

连接器详情

• AC输入连接器（X1）：包括接地、交流中性输入和交流线路输入三个引脚。
• 电机UVW输出连接器（X2）：分别连接电机的U、V、W相。
• 20针iMOTION™ MADK-M1接口连接器（X3）：是与控制器板的接口，提供了多种信号和电源引脚。

测试点

文档列出了板上测试点的分配，可用于信号测量，包括PWM信号、逆变器输出、直流母线电压、电源等测试点。

系统性能测试

输入电压范围测试

在165 - 265 Vrms的输入电压范围内，输入功率为1500 W，输出功率可达1500 W，输出电流为7 Arms。测试数据显示了不同输入电压下的输入电流、输入功率、输出功率、输出电流、直流母线电压和功率因数等参数。

母线电容和VDC纹波测试

在1500 W运行（165 VAC - 265 VAC）、电机速度为1400 rpm的条件下，VDC纹波为2.3 - 5.6%（8.17 V - 11.65 V）。

输出电流和PWM频率范围测试

输出电流最大为7 Arms，PWM频率范围为5 - 20 kHz。测试数据显示了不同PWM频率下的VTH、Vfan+、PF、Iout、TC、ΔTC、Pout等参数。

IPM外壳温度与输出功率和VTH关系测试

在TA = 29°C、6 kHz PWM、AC输入电压为220 V/50 Hz、GK0681电机速度为1400 rpm的条件下，输出功率最大为1500 W。测试数据展示了IPM外壳温度与输出功率、Iout、VTH和Vfan之间的关系。

散热器热阻测试

通过对散热器热阻的测试，得出了不同直流电压、电流和功率下的TA、TC、∆T和Rth等参数。

辅助电源测试

辅助电源的3.3 V ±2%，最大400 mA；15 V ±5%，最大500 mA。测试结果表明3.3 V和15 V的精度小于1%。

浪涌电流测试

最大浪涌电流在交流输入电压为265 V时为21.25 Apeak，满足最大30 Apeak的规格要求。

过流保护测试

过流保护点设置为20 Apeak，测试结果表明满足该要求。

短路保护测试

满足IPM的3 µs短路耐受时间，故障清除时间设置为最小100 µs，测试结果显示ITRIP响应时间为1.2 µs，故障清除时间大于100 µs。

过压保护测试

当设置的直流母线过压水平为360 V时，当母线电压刚刚超过360 V时，过压故障触发，电机停止。

EMC测试

符合IEC标准IEC-61000-4-5，有超过3 dB的裕量。但需注意，EMI测试结果受测试环境和方法影响，仅供参考。

浪涌测试

满足IEC 61000-4-5 Class B标准，所有测试均通过，组件无损坏。

电气快速瞬变（EFT）测试

满足IEC 61000-4-4 Class B标准，输入连接器的测试均通过。

总结

Infineon的EVAL-M1-IM323评估板在电机驱动设计中表现出色，具有丰富的功能和良好的性能。通过详细的系统设计和全面的性能测试，为工程师提供了一个可靠的平台。在实际应用中，工程师可以根据具体需求对评估板进行定制和优化，以实现最佳的电机驱动效果。你在使用这款评估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。