EVAL - M1 - 05 - 84D评估板：电机驱动设计的得力助手

在电机驱动应用的设计领域，一款合适的评估板能为工程师们提供极大的便利。今天，我们就来深入了解一下Infineon的EVAL - M1 - 05 - 84D评估板，看看它在电机驱动设计中能发挥怎样的作用。

文件下载：EVALM10584DTOBO1.pdf

一、安全注意事项

在使用EVAL - M1 - 05 - 84D评估板之前，我们必须要重视安全问题。这块评估板的系统存在许多潜在的危险，比如其接地电位与负直流母线电压电位相关，使用示波器测量电压波形时，示波器的接地必须隔离，否则可能会导致人身伤害甚至死亡。同时，评估板系统包含直流母线电容器，在移除主电源后，需要等待三分钟让电容器放电至安全电压水平，不能仅仅依据显示LED变暗就判断电容器已放电。此外，只有熟悉驱动和相关机械的人员才能进行系统的安装、启动和维护，并且要注意驱动表面可能会变热，避免烫伤。评估板中的部分部件对静电放电敏感，安装、测试、维修时需要采取静电控制措施。而且，错误的应用或安装可能会导致部件损坏、产品寿命缩短，在断开或重新连接电线、进行维修前，一定要先移除并锁定驱动电源，等待母线电容器放电至零。最后，安装前要移除包装材料，否则可能会导致过热或异常运行。大家在操作时一定要严格遵守这些安全注意事项，避免不必要的危险。

二、评估板简介

EVAL - M1 - 05 - 84D评估板是iMOTION™模块化应用设计套件（iMOTION™ MADK）的一部分。MADK平台允许将各种功率级与不同的控制板结合使用，这些板可以通过20针的iMOTION™ MADK - M1接口连接器轻松连接。该评估板旨在为以CIPOS™ Micro为特色的功率级提供全面的解决方案，配备了用于无传感器磁场定向控制（FOC）的所有组件，提供单相交流连接器、整流器、直流母线和三相输出，还包含用于电流感应的发射极分流器和用于直流母线电压测量的分压器。它有表面贴装和通孔CIPOS™ Micro模块两种类型，本文主要介绍与CIPOS™ Micro IRSM515 - 084和IRSM505 - 084结合使用的情况，这两个模块的区别在于IRSM505 - 084有NTC，而IRSM515 - 084没有，它们的额定电压均为250V。不过要注意，评估板的设计虽然考虑了环境条件，但未针对安全要求、整个工作温度范围或使用寿命进行认证，仅进行了功能测试，且在退货分析、工艺变更通知和产品停产方面与常规产品的处理流程不同，仅适用于实验室条件下的专业人员使用。

三、主要特性

3.1 CIPOS™ Micro智能功率模块特性

CIPOS™ Micro智能功率模块IRSM515 - 084和IRSM505 - 084具有诸多出色的特性。它是一个三相逆变器，包含高压栅极驱动器，具备集成自举功能。采用的沟槽FREDFET在25°C时的 (R{DS(on)}) 为0.45 Ω，所有通道都有欠压锁定功能，并且传播延迟匹配。对于IRSM505 - 084，还可以通过NTC进行温度反馈。其优化的dV/dt实现了损耗和EMI之间的平衡，与3.3V逻辑兼容，拥有先进的输入滤波器，可选择单分流或桥臂分流电流感应方式，驱动器对负瞬态电压具有耐受性，隔离电压为 (1900 ~V{rms}) ，1分钟，并且通过了UL文件编号E252584的认证。

3.2 评估板特性

评估板本身也有很多优秀的特性。它的标称输入电压为110VAC，在无散热器的情况下，电机功率范围为20 - 150W，板上配备了EMI滤波器，默认配置为对每个相进行电流感应，具有过流保护功能，能够感应直流母线电压，有热敏电阻输出和故障诊断输出，测量测试点与标准示波器探头兼容。PCB尺寸为90 x 75 mm，有两层，每层铜厚35 µm，并且符合RoHS标准。

3.3 关键数据

从关键数据来看，IRSM505 - 084和IRSM515 - 084的绝对最大额定值有明确规定，例如MOSFET阻断电压 (V{DSS}) 最大为250V，25°C时每个MOSFET的直流输出电流 (I{O}) 最大为2.6A，最大功率耗散 (P{d}) 最大为19W等。推荐的工作条件也有详细说明，如正直流母线输入电压 (V+) 范围为 (2 ⋅ V{CC} + 5) 到200V，PWM载波频率 (f_{SW}) 最大为20kHz等。评估板的规格方面，输入电压范围为90 - 140Vrms，频率为50/60Hz，输入电流在特定条件下为1.5Arms，输出功率三相最大为150W，每相电流最大为1000mA（rms），直流母线最大电压为200V，最小为45V等。

四、引脚分配

4.1 交流线路连接器J1

J1是交流线路连接器，也可以连接直流电压。引脚1为接地，引脚2为交流线路输入（60V - 110V）或直流连接器，引脚3为交流中性输入或直流连接器。不过要注意，评估板没有保险丝，测试时建议使用外部保险丝。

4.2 电机侧连接器J2

J2是电机侧连接器，引脚1连接电机的U相，引脚2连接V相，引脚3连接W相。

4.3 20针接口连接器J3

J3是与控制板的接口连接器，包含了各种信号引脚。例如，PWMUH、PWMUL等是用于栅极驱动器的逻辑输入信号，IU +、IV +、IW + 是分流电压信号，GK是过流时的栅极关断信号，DCBSENSE是直流母线正电压信号，VTH是热敏电阻输出信号等。需要注意的是，输入信号为高电平有效，EVAL - M1 - 05 - 84D板上未插入下拉电阻，需要在控制卡上组装，而iMOTION™ MADK控制卡已配备下拉电阻。

五、使用入门

5.1 系统设置

要运行电机系统，需要将EVAL - M1 - 05 - 84D功率板与匹配的MADK控制板（如EVAL - M1 - 101T）结合使用，同时还需要iMOTION™软件工具MCEDesigner和MCEWizard来进行系统的初始设置、控制和微调。具体步骤如下：

1. 从www.infineon.com/imotion - software网页获取最新的”IMC101T - T038 MCE软件包”。
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 - 101T的M1 20针接口连接器（J2）连接到功率板。
4. 使用MCEWizard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，然后保存为驱动参数集文件。
5. 将电机相输出连接到电机。
6. 连接交流电源到电源输入连接器并开启系统。
7. 启动MCEDesigner工具，打开IMC101T - T038控制器的默认配置文件。
8. 如果MCEDesigner无法自动连接到控制板，需要更改COM端口。
9. 使用MCEDesigner将系统参数编程到iMOTION™ IC的内部SRAM中。
10. 点击控制栏中的绿色交通灯按钮启动电机。

5.2 iMOTION™开发工具和软件

iMOTION™开发工具MCEDesigner和MCEWizard的安装程序可以从Infineon iMOTIONTM网站下载。板载隔离调试器提供了PC和目标iMOTION™设备之间的USB到UART桥接，使用SEGGER J - Link驱动进行通信。

5.2.1 MCEWizard设置概述

安装MCEWizard后，通过双击桌面快捷方式打开，在欢迎页面通过下拉列表选择MADK控制板或功率板。如果最新的功率板未预先配置在MCEWizard工具中，可以选择类似的功率板并手动输入特定参数。回答完所有问题后，在“Verify & Save Page”点击“Calculate”和“Export to Designer File (.txt)”按钮保存参数文件。

5.2.2 MCEDesigner设置概述

安装MCEDesigner后，通过桌面快捷方式打开，打开“IMC101T_xx.irc”文件。要将驱动系统参数文件编程到IMC101T - T038中，点击“Tools”菜单中的“Programmer”，选择“Program Parameters”，浏览并选择MCEWizard创建的参数文件，然后点击“Start”按钮。此外，还可以通过“Program Firmware and Parameter”选项同时编程固件和参数文件。

六、原理图和布局

6.1 直流母线电压测量

连接器J3的引脚14可用于访问直流母线电压，有三种反馈情况。默认情况下，Eval - M1 - 05 - 84D上未安装R14，相应控制卡上必须安装下拉电阻。根据下拉电阻的安装情况，DCBSENSE电压会有不同的范围。如果不需要反馈，应移除R13A或R13B以避免连接器上出现高电压。

6.2 热敏电阻输出

20针连接器J3的引脚15提供热敏电阻/NTC输出，可以通过电阻测量计算温度。IRSM505 - 84D的µIPM™ - DIP数据表中列出了热敏电阻的详细信息。

6.3 EMI输入滤波器和整流电路

从交流线路输入连接器J1到整流后的直流母线电压的电路包括无源EMI滤波器、整流块和NTC电阻，用于缓冲整流后的直流母线电压的电容器。测试时建议使用外部保险丝。

6.4 使用CIPOS™ Micro的逆变器部分

逆变器部分使用CIPOS™ Micro IPM实现，包含六个功率MOSFET和三个半桥栅极驱动器，还有分流电阻部分和用于提供浮动电源电压的自举电容器。

6.5 电源

评估板的电源电路包括LNK304用于直接从直流母线生成15V，线性稳压器LD1117S33从15V生成3.3V。15V和3.3V也会出现在20针接口连接器J3上，为控制板上的电路供电。

6.6 过流电路

过流保护电路的比较器的集电极开路输出GK上拉到3.3V，并通过电阻R5和电容器C13进行滤波。比较器的阈值可以通过电阻R6和R7组成的分压器设置，默认情况下发射极分流跳闸时R7为1kΩ，单分流应用中R7需要改为3.48kΩ。

6.7 布局

评估板的布局可用于不同电压或功率等级，是两层PCB。如果需要更详细的信息和最新的Gerber文件，可以联系技术支持团队。

七、物料清单

文档中提供了评估板的完整物料清单，包括各种电容、电阻、二极管、连接器、集成电路等元件的详细信息，如型号、数量、制造商等。

总之，EVAL - M1 - 05 - 84D评估板为电机驱动设计提供了一个全面且实用的平台，工程师们可以根据其特性和使用说明进行电机驱动系统的设计和开发。大家在使用过程中遇到问题，不妨多参考文档中的信息，或者与Infineon的技术支持团队沟通。你在使用类似评估板时有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享。