探索REF - SHA35WRC2SYS：高压吊扇参考设计的卓越之旅

在电子工程师的世界里，不断追求高性能、高效率的设计方案是永恒的主题。今天，我们将深入探讨英飞凌的REF - SHA35WRC2SYS参考设计，这是一款专为高压吊扇应用打造的全功能套件，它融合了先进的技术和创新的设计理念，为我们带来了许多值得研究和借鉴的地方。

文件下载：REFSHA35WRC2SYSTOBO1.pdf

一、设计概述

REF - SHA35WRC2SYS是英飞凌TRENCHSTOP™ IGBT、栅极驱动器和iMOTION™驱动器参考设计套件的一部分。它基于先进的运动控制引擎（MCE 2.0）技术，为35W高压吊扇应用提供了优化的解决方案。这个套件允许快速原型设计，能帮助我们更快地将产品推向市场。

不过需要注意的是，该设计虽然考虑了环境条件，但在安全要求、整个工作温度范围或寿命的制造和操作方面并未经过全面认证。而且，它仅经过功能测试，与常规产品在退货材料分析（RMA）、工艺变更通知（PCN）和产品停产（PD）等程序上有所不同。

二、交付内容

套件的交付内容包括主电路板REF - SHA35WRC2SYS、子板XMC1100_IR_RC、一根连接电缆和一个远程红外控制盒。这些组件相互协作，构成了一个完整的吊扇控制系统。

三、主要特性

1. 核心组件

REF - SHA35WRC2SYS板包含了iMOTION™驱动器IMD112T用于控制器和逆变器驱动，TRENCHSTOP™ RC - Series的IKN03N60RC2用于逆变器开关，650V DuoPack IGBT和二极管IKA08N65H5用于PFC开关，以及IRS44273L用于PFC栅极驱动。这些组件的组合使得该设计在性能和效率方面表现出色。

2. 功能特性

• 红外远程接口：支持通过红外遥控器控制吊扇速度，为用户提供了便捷的操作体验。
• 设置恢复功能：重新上电后可恢复上次使用的设置速度命令，方便用户使用。
• PFC控制：直流母线跟踪输入电压，功率因数≥0.9，iTHD ≤10%，在正常输入电压230Vrms和最大输入功率35W的条件下表现优秀。
• 宽输入电压范围：输入电压范围为120 ~ 300Vrms，正常输入电压为230Vrms，直流母线电压可达450V。
• 过流保护：具备完善的过流保护功能，保障系统的安全运行。
• 辅助电源：提供14V和5V的辅助电源，满足不同组件的供电需求。
• 环保设计：符合RoHS标准，体现了环保理念。

四、系统调试

1. 硬件连接

在进行系统调试时，首先要进行硬件连接。需要使用iMOTION™链接电缆将PC/调试器与电机驱动系统连接起来，同时连接交流电源和电机，并将主电路板的J2与子板的J1通过电缆连接。需要注意的是，iMOTION™链接不包含在交付内容中，需要单独订购。

2. 软件工具准备

iMOTION™软件工具MCEDesigner和MCEWizard是设置和控制该系统的关键。这些工具可从英飞凌网站下载，并且需要定期检查更新。不过要注意，该参考板是通过MCEdesigner v2.3.1和MCEWizard v2.3.1进行测试的，更新后的软件工具可能无法保证相同的性能。

3. 固件准备

从英飞凌网站下载MCE固件，选择“IMD112T - F040 MCE Software Package v x.x.x”。该套件包含了固件、默认参数、默认映射文件和MCEDesigner文件等关键文件。同样，该参考板是通过IMD112T - F040 MCE Software Package v1.3.3进行测试的，更新后的软件工具和MCE固件可能无法保证相同的性能。

4. 参数和脚本文件准备

如果对iMOTION™应用不太熟悉，可以登录myInfineon进行产品注册，下载该参考板的默认软件包。在MCEWizard中打开相关文件，输入目标电机的系统参数，根据需要修改关键电机控制参数。如果需要使用远程红外控制的脚本功能，还需要进行脚本编辑和参数计算。

5. 编程

将固件、参数集和脚本文件（可选）编程到IMD112T - 6F040中。可以分别编程固件、参数集和脚本文件，也可以使用MCEWizard生成的组合文件进行编程。编程过程需要使用MCEDesigner工具，确保iMOTION™控制IC正确供电，并选择合适的COM端口进行连接。

6. 开环诊断

在开环诊断阶段，确保输入功率为230Vrms，只编程固件和参数文件（禁用脚本功能）。通过“VF Diagnostic”功能监测电机电流，调整相关寄存器，直到示波器显示稳定的正弦电流。同时，检查电机电流反馈是否干净正弦，必要时调整MCEWizard中的相关参数。

7. 闭环运行

在开环诊断正常后，可以尝试在闭环模式下运行吊扇电机。启动电机，检查电机旋转方向，设置目标速度，监测相关参数。如果Flx_M不稳定、有噪声或不接近2048，需要检查相关参数和硬件。

8. 红外控制调试

在开环诊断和闭环运行正常后，可以进行红外控制调试。连接主电路板和子板，编程固件、参数文件（启用脚本功能）和脚本文件。使用远程红外控制盒测试电机速度控制功能。

五、功能模块描述

1. 主电路板功能模块

• EMI滤波器和浪涌保护：由X电容、Y电容和共模电感组成EMI滤波器，两级MOV组成浪涌保护电路，有效减少电磁干扰和保护系统免受浪涌冲击。
• 直流母线传感和MCEWizard配置：通过电阻分压器实现直流母线传感，将输入电压范围映射到微控制器的ADC输入范围。在MCEWizard中配置相关硬件参数，通过调整电容值可以提高Vdc噪声抑制比。
• 逆变器部分：采用最新一代的RC - D2 IGBT（IKN03N60RC2或IKD04N60RC2），具有参数分布紧密、工作范围宽、最大结温高、短路能力强等优点，适用于高压和高湿度环境。
• 电机电流传感和过流保护：使用RC网络进行电机电流传感，通过内部比较器实现过流保护。在设计时需要注意ADC运算偏置、内部信号放大和PCB接地网络的设计。
• PFC部分：使用IRS44273L进行PFC MOS驱动，采用650V DuoPack IGBT和二极管进行PFC开关，同时具备PFC电流传感和过流保护功能。
• IMD112T接口电路：提供14V和5V电源，为逆变器电路提供驱动信号，接收电机电流传感信号、PFC电流传感信号、交流输入电压传感信号等，实现对系统的控制和监测。
• 与XMC子板的接口电路：为XMC子板提供5V电源，接收来自远程红外控制盒的占空比信号，实现对电机速度的控制。

2. 子板功能模块

子板XMC1100_IR_RC接收来自远程红外控制盒的信号，并将其转换为占空比信号，用于控制吊扇电机的速度。通信协议采用标准NEC协议，XMC1100可以存储上次输出状态，重新上电后输出上次使用的占空比信号。

3. 脚本代码描述

脚本代码用于控制电机和PFC的启动/停止、电机目标速度，以及PFC母线目标值跟踪输入电压和根据电机反电动势调整母线目标值。脚本代码包含两个任务：Script_Task0和Script_Task1，分别以5ms和10ms的周期执行。

六、系统设计

1. 原理图

该参考设计的主要功能模块在前面已经介绍过，用户可以登录myInfineon账户，在板卡网页上下载详细的设计文件。

2. 布局

• 主电路板布局：主电路板为单层环形设计，直径90mm，高度65mm，铜厚度为1oz。
• 子板布局：子板为双层方形设计，尺寸为19mm×15mm×16mm，铜厚度为1oz。

3. 物料清单

完整的物料清单可以在英飞凌主页的下载部分获取，需要登录账号进行下载。文档中还列出了主电路板和子板的重要/关键部件的物料清单。

4. 连接器详情

详细介绍了主电路板和子板的连接器信息，包括引脚功能和连接方式。

七、系统性能

1. PFC iTHD在额定条件下

在额定输入电压230Vrms和吊扇电机额定输出功率的条件下，PFC的功率因数达到0.968 ~ 0.974，iTHD为9.33 ~ 9.74%。

2. 母线电压纹波

输入电压在120Vrms到270Vrms范围内，母线电压纹波在1.89%到2.6%之间。

3. PFC IGBT Vce dv/dt性能

在不同输入电压和功率条件下，PFC IGBT的Vce dv/dt表现良好，上升沿和下降沿的变化率稳定。

4. PFC热性能

在不同输入电压和功率条件下，PFC IGBT和电机IGBT的温度变化在合理范围内，确保了系统的稳定性。

5. 逆变器IGBT dv/dt性能

在不同电流位置下，逆变器IGBT的dv/dt表现稳定，上升沿和下降沿的变化率符合设计要求。

6. 逆变器IGBT死区时间测试

在不同输入电压和功率条件下，逆变器IGBT的死区时间测试结果符合预期，保证了系统的正常运行。

7. 电磁干扰（EMI）传导

该参考设计的传导EMI测试结果符合EN 55032标准，短而强的PE连接线对于减少B类ITE设备的传导干扰非常重要。

8. 浪涌抗扰度测试

该测试符合IEC标准IEC61000 - 4 - 5，在L - N上施加0.5kV到4kV的浪涌脉冲，PFC正常运行，电机空载运行。1 ~ 2kV时，电机和PFC工作正常，仅有轻微干扰；2 ~ 4kV时，浪涌触发过压故障，清除故障或重新上电后系统可恢复工作。

9. 红外控制系统测试

通过连接主电路板和子板，并使用脚本代码进行远程红外控制测试，在不同输入电压和档位下，记录了电机速度、PFC直流目标电压、iTHD、输入功率、功率因数和输入电流等参数。

八、总结

REF - SHA35WRC2SYS参考设计为高压吊扇应用提供了一个高性能、高效率的解决方案。它集成了先进的技术和丰富的功能，通过合理的硬件设计、软件工具和脚本代码的配合，实现了对吊扇电机的精确控制。同时，该设计在系统性能方面表现出色，能够满足实际应用的需求。作为电子工程师，我们可以借鉴该设计的思路和方法，为其他类似的电机控制应用提供参考。

大家在实际应用中是否遇到过类似的设计挑战？你对REF - SHA35WRC2SYS参考设计有什么独特的见解或改进建议吗？欢迎在评论区分享你的想法。