EVAL - M1 - 05F804R评估板：电机驱动应用的利器

在电机驱动应用的领域中，评估板的性能和功能对于工程师来说至关重要。今天，我们就来详细探讨一下Infineon的EVAL - M1 - 05F804R评估板，它是iMOTION™模块化应用设计套件的一部分，为电机控制提供了全面的解决方案。

文件下载：EVALM105F804RTOBO1.pdf

一、评估板概述

EVAL - M1 - 05F804R评估板属于iMOTION™模块化应用设计套件（iMOTION™ MADK），主要用于电机控制。它通过20针的iMOTION™ MADK - M1接口连接器，能轻松与不同的控制板进行连接，适用于各种功率级别的应用。

该评估板旨在为CIPOS™ Nano功率部分提供易于理解的解决方案，具有直流输入和三相输出，包含用于电流感应的单分流器和用于直流母线电压测量的分压器。不过需要注意的是，该产品未根据汽车电子委员会的AEC Q100或AEC Q101文件进行认证，且评估板仅用于实验室条件下的评估和测试，并非商业化产品。

1.1 主要特性

这款评估板是一个完整的功率评估板，配备三相智能功率模块（IPM），充分展示了Infineon的电机驱动IPM技术。CIPOS™ Nano智能功率模块IRSM005 - 800MH具有以下主要特性：

• 电压与电流：MOSFET漏源电压为40V，在25°C外壳温度下，最大直流电流可达80A（键合线电流限制为49A）。
• 封装优势：采用具有低热阻和最小寄生电感的封装，独立栅极驱动器与逻辑输入同相。
• 供电与兼容性：栅极驱动电源为15V，3.3V逻辑输入兼容，传播延迟符合规定规格。
• 保护功能：驱动器内部具有欠压锁定保护，通过电阻可设置dv/dt的驱动器输出和HEXFET栅极端子外露。

1.2 关键数据

IRSM005 - 800MH的绝对最大额定值如下：	Symbol	Description	Min	Max	Unit
V DS	MOSFET drain - to - source voltage	--	40	V
I O	Maximum DC current per MOSFET @ T C = 25 °C (Note 1)	--	80	A
P d	Maximum power dissipation per MOSFET @ T C =100 °C	--	13	W
T J (MOSFET & IC)	Operating junction temperature	--	150	°C
T S	Storage temperature range	-40	150	°C
V B	High - side floating supply voltage	-0.3	V S +20	V
V S	High - side floating supply offset voltage	V B -20	V B +0.3	V
V CC	Low - side fixed supply voltage	-0.3	20	V
V IN	Low input voltage of LIN, HIN	-0.3	V CC +0.3V	V

1.3 评估板规格

Parameters	Values	Conditions / Comments
Input
Voltage	6 - 30 V rms	Lower DC input, less motor power output
Input current	10.5 A rms	Input 24 V DC, T a =25  C
Output
Power (3 - phase)	240 W	Input 24 V DC, f PWM =9 kHz, T a =25°C, T case = 100°C Without heat sink
Current per phase	10.2 A rms	Input 24 V DC, F PWM =9 kHz, T a =25°C, T case = 100°C without heat sink
DC bus voltage
Maximum DC bus voltage	32 V
Current feedback
Inverter current sensing resistor R16	2.7 mΩ
Protections
Output current trip level	18 A peak	Level by external comparator circuit
Temperature trip level	100°C	Users need to consider the temperature gap by NTC sensor; it is recommended to set at 105°C or less
On - board power supply
15 V	15 V ± 5 %, max. 50 mA	Used for IPM and 3.3 V DC/DC
3.3 V	3.3 V ± 5 %, max. 120 mA	Used for IMC controller and protection circuits
PCB characteristics
Material	FR4, 2 oz.	2 layers
Dimensions	91 mm × 69 mm x 1.6 mm
System environment
Ambient temperature	From 0 to 50°C	Non - condensing, maximum RH of 75%

二、系统与功能描述

2.1 功能模块描述

评估板的功能模块包括直流输入（J1）、三相输出（J2）、直流电容、带有温度传感器的CIPOS Nano IPM、电流感应、PWM保护、辅助电源和M1连接器。

2.1.1 引脚分配

连接器	引脚	名称	详情
J1 - DC输入连接器	1	DC+	DC + 连接器
	2	DC -	DC - 连接器
J2 - 电机侧连接器	1	U	连接到电机U相
	2	V	连接到电机V相
	3	W	连接到电机W相
J3 - iMOTION™ MADK - M1 20针接口连接器	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
	……	……	……

2.1.2 系统连接

以EVAL - M1 - 101T为例，系统连接步骤如下：

1. 从www.infineon.com/imotion - software网站获取最新的“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（如EVAL - M1 - 05F804R）。
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，计算代表完整电机驱动系统的控制器数字参数集，保存参数文件。
5. 将电机相输出连接到电机，将直流电源连接到功率输入连接器并开启系统。
6. 启动MCEDesigner工具，打开IMC101T - T038控制器的默认配置文件（.irc）。
7. 若MCEDesigner无法自动连接到EVAL - M1 - 101T控制板，更改COM端口。
8. 使用“Tools” > “Programmer”将系统参数编程到iMOTION™ IC的内部SRAM中。
9. 点击控制栏中的绿色交通灯按钮启动电机，红色按钮停止电机。

2.1.3 iMOTION™开发工具和软件

iMOTION™开发工具（MCEDesigner和MCEWizard）的安装程序可从Infineon iMOTIONTM网站下载。板载隔离调试器提供PC与目标iMOTION™设备之间的USB到UART桥接，具有1kV直流电气隔离。

2.1.4 MCEWizard设置概述

安装MCEWizard后，在Windows桌面上会出现快捷方式。打开MCEWizard后，可从下拉列表中选择MADK控制板或功率板。若最新的功率板未预配置，可选择相似的功率板并手动输入特定参数。回答完所有问题后，点击“Calculate Parameters”和“Export to Designer File (.txt)”保存参数文件。

2.1.5 MCEDesigner设置概述

安装MCEDesigner后，打开“IMC101T_xx.irc”文件。将驱动系统参数文件编程到IMC101控制器后，MCEDesigner可用于启动/停止电机、显示电机电流轨迹、更改电机速度等。若要编程新固件和驱动系统参数，可通过“Tools” > “Programmer”进行操作。

2.2 跟踪功能

MCEDesigner具有跟踪功能，可捕获系统运行期间的参数变化，有助于调试系统和检查PCB布局/参数。

2.3 TCMAX与IOUT在不同PWM载波频率下的关系

在Ta = 25°C、24 VDC的条件下，不同载波频率下模块的Tc与输出电流的关系如图所示。

2.4 IPM冷却选项

EVAL - M1 - 05F804R有三种冷却选项：

• 自冷却：IRSM005 - 800MH通过PCB上的铜和过孔进行双面冷却。在0 - 10.2 A负载（输入：直流24V，FPWM = 9 kHz，Ta = 25°C，TC ≤100°C）下，仅依靠PCB铜散热即可正常工作。
• 散热片冷却：对于高电流和低温升应用，评估板在PCB底部预留了50 mmX50 mm的空间用于安装散热片，安装时需使用隔离热垫。
• 风扇冷却：无论在自冷却还是散热片模式下，都支持额外的风扇冷却。风扇冷却模式下，建议将Tc限制设置低于85°C，以防止MOSFET过热。

三、原理图、布局、物料清单和连接器详情

3.1 逆变器部分

逆变器部分采用CIPOS™ Nano实现，使用三个半桥模块作为三相逆变器桥部分，每个半桥模块包含两个功率MOSFET和一个半桥栅极驱动器。同时还包括分流电阻部分，三个电容器C4、C5和C6用作自举电容器，分别提供必要的浮动电源电压VBU、VBV和VBW。

3.2 DC/DC

评估板上的电源电路包括LM5163用于从直流母线生成+3.3 V，LMR64010用于从+3.3 V生成15 V。15 V连接到CIPOS™ Nano内部的栅极驱动器，LED1用于指示板是否通电。15 V和+3.3 V也出现在20针接口连接器J3上，为控制板上的电路供电。

3.3 DC - link电压测量

连接器J3的引脚14可访问直流母线电压，有三种可能的反馈情况。R42是连接器打开时连接端口的安全电阻，直流母线感应的低端电阻为R48//R1（EVAL - M1 - 101T），即13.13 kΩ。

3.4 电流感应和放大

EVAL - M1 - 05F804R的电流反馈通过R16进行信号分流感应，其阻值为5 mΩ。电流输出IU +和IU -连接到J3。LPF由R20/R23/C14/C15组成，用于去除R16的EMC噪声。电流放大器由R18/R19/R20/R22/R23/C13 U1A组成，具有较低的噪声和比例放大功能。

3.5 EVAL - M1 - 101T上的电流反馈

电流信号传输到控制板时，会经过衰减和增益调整。总增益为13.29，总灵敏度为66.4 mV/A，电流偏移为1.06 V。由于控制板ADC范围为3.3 V，需将控制板的内部增益设置为“1”。

3.6 OCP、GK和Iocp设置

3.6.1 OCP和设置

U11B设置为高速施密特比较器，过流阈值为1.98 V，反射过流阈值为17.2 A，响应时间为100 nS。

3.6.2 PWM关闭和GK输出

当发生过流时，U11B引脚7输出“0”，C23迅速放电，U12B输出逻辑“0”信号，作为所有PWM输入的关闭信号和通知控制板停止PWM输出的门控信号。关闭的总延迟时间为1.6 us。过流消除后，U11B变为逻辑“1”，C23通过R36充电，充电时间常数为220 us。

3.6.3 MCEWizard中的OCP设置

对于EVAL - M1 - 101T，内部比较器的默认阈值为1.8 V（对应17 A）。可根据公式Vref = Voffset + Vshunt2 × IOC P / 1000计算MCEWizard的过流保护阈值。

3.7 SPWM输入和功率输出

评估板的SPWM输入和功率输出呈现典型的无刷电机正弦电流波形。

3.8 NTC热敏电阻特性和过热保护计算

EVAL - M1 - 05F804R上的NTC（R50）用于测量U2顶部的Tc，用于过热保护。温度值通过J3发送到EVAL - M1 - 101T。不同温度下NTC的电阻和输出电压如下表所示：	Temperature ( °C )	Resistance ( kΩ)	V out (J3 open)(mV)	V out (J3 connected)(mV)
25	100	1650	3154
50	33.195	822	2895
60	22.224	600	2730
70	15.184	435	2527
80	10.566	315	2292
90	7.481	230	2036
100	5.384	169	1772
110	3.934	125	1513
120	2.916	94	1273
125	2.522	81	1161

3.9 布局

评估板的PCB铜布局和覆盖层设计有助于优化电路性能。

3.10 物料清单

完整的物料清单可在Infineon主页的下载部分获取，登录后即可下载。部分关键组件如下表所示：	Comment	Designator	Qty	Description	Footprint	Manufacturer	Part number
1000u 63V	C1, C2	2	Electrolytic capacitor	WCAP - AT1H_18x25	Wurth Elektronik	860010780024
220u 25V	C26	1	Electrolytic capacitor	CAP - E_6.3x2.5x11 mm	Wurth Elektronik	860010473011
……	……	……	……	……	……	……

四、订购详情和其他信息

目前，功率板可小批量订购，PCB和Gerber详情在达成合适协议后可与客户共享。客户若要进行测试，建议订购EVAL - M1 - 05F804R，可通过www.infineon.com.com/MADK在线购买。

同时，Infineon的产品注册现在可以在线完成。注册步骤如下：

1. 访问www.Infineon.com，登录myinfineon。
2. 点击“Product Registration”。
3. 选择您的板并输入板系列号，下载相关信息包。

总之，EVAL - M1 - 05F804R评估板为电机驱动应用提供了丰富的功能和特性，工程师们在使用过程中需仔细阅读文档，确保正确操作和使用。大家在实际应用中是否遇到过类似评估板的问题呢？欢迎在评论区分享交流。