EV-MCS-ISOINVEP-Z 隔离逆变器（增强保护）平台快速入门指南

一、文档概述

本文档是关于 EV-MCS-ISOINVEP-Z 隔离逆变器（增强保护）平台的快速入门指南。该平台是一个功率板，可在 24 - 800Vdc 的直流输入下运行，为电机或负载提供三相可变频率、可变电压和可变死区时间的 PWM 输出。文档详细介绍了平台的系统要求、硬件和软件设置、手动和 GUI 模式操作、电机运行以及数据可视化等内容。

文件下载：EV-MCS-ISOINVEP-Z.pdf

二、系统要求

（一）硬件要求

1. 必备硬件
   • ADSP - CM408F EZ - KIT rev 0.2（需单独订购）。
   • EV - MCS - ISOINVEP - Z 功率板，包括提供的控制电源和适配器板（用于连接 EZkit）。
   • 功率板电源（需自备），该板优化为在 24Vdc - 800Vdc 的直流电源下工作，电源额定功率应足以匹配所驱动的负载，功率板额定功率可达 2kVA。若需要，功率板也可由交流电源驱动，但此时输出功率受限。
   • 若没有 Segger J - Link Lite 调试器（ADSP - CM408 EZ - KIT 会自动提供），则需要一个 USB 转串口转换器（需自备）来将可执行演示代码下载到 EZ - KIT。若用户希望使用图形用户界面（GUI）可视化数据变量，也需要 USB 转串口转换器。
2. 可选硬件
   • 三相负载（通常为三相电机，如感应电机或永磁同步电机，也可以是三相三线电阻负载），虽非必需，但对于评估逆变器组件更有用。
   • Segger J - Link Lite 调试器（随 ADSP - CM408F Ezkit 提供，可用于可执行文件下载和代码开发，但基本设置时并非必需）。
   • 若需要完整的交流前端，逆变器平台可与 ADP1047 评估板（功率可达 300W）或 ADP1048 评估板（功率可达 600W）配合使用。

（二）软件要求

1. 必备软件
   • ADSP - CM40x SW Enablement Package 版本 2.0.0（可从[此处](https://ez.analog.com/docs/DOC - 12607)获取）。
   • 逆变器演示程序可执行文件和链接器映射文件（仅适用于 ADSP - CM408 硅版本 0.0，可从[此处](https://ez.analog.com/docs/DOC - 12608)获取）。
2. 可选软件
   • ADIMonitor 图形用户界面（也可从此处获取）。
   • IAR Embedded Workbench（用于代码开发，版本 7.4 或更高）。
   • Segger J - Link Lite 驱动软件（v4.97j 或更高）。
   • IAR Embedded Workbench 逆变器演示程序 C 项目（适用于 ADSP - CM408 硅版本 0.0 或 Rev H，可从[此处](https://ez.analog.com/docs/DOC - 12608)获取）。

三、硬件设置

（一）连接步骤

1. 将 EZ - kit 连接到适配器板，再将适配器板连接到功率板。
2. 确保电机/负载和电源连接器按照文档中的图 2、表 1 和表 2 进行接线。三相负载可以是电阻组或三相电机，功率板设计为从直流母线电源运行，但也可在交流电源下运行，不过输出功率受限。
3. 将电源适配器插入连接器 J3 为电路板提供控制电源，不要插入 ADSP - CM408 EZkit，它从逆变器板获取电源，但 EZkit 上的 JP2 跳线必须设置为启用“5V_INPUT”而非“WALL_POWER”。

（二）信号测量

板上有四个 sigma - delta 调制器，可提供隔离的电流和电压测量或反馈，这些信号的精度和群延迟由软件中使用的数字滤波器参数设置控制。默认配置下，测量的信号包括 U 相电机电流、V 相电机电流、W 相电机电流和直流母线电压。还可通过移除 R69、R66、R240 和 R241 零欧姆电阻，并在 R176、R177、R67 和 R81 上安装零欧姆电阻，来交换 UV 和 VW 线间电机电压的额外可选反馈。

四、软件设置

（一）通用步骤

1. 从“软件要求”中提供的链接下载并安装 ADSP - CM40x SW Enablement Package，其中包括将可执行文件下载到处理器所需的串行引导加载程序。
2. 从“软件要求”中提供的 Engineer Zone 链接下载并安装 GUI，这需要 PC 上安装.NET 框架，若未检测到，会提示用户下载。
3. 对于 ADSP - CM408 硅版本 0.0，可使用方法 (a) 或方法 (b)；对于硅版本 H，目前仅可使用方法 (b)。
   • 方法 (a)：从“软件要求”中提供的 Engineer Zone 链接下载逆变器演示可执行程序，并将其编程到处理器板（ADSP - CM408 EZkit）。
   • 方法 (b)：从“可选软件”中提供的 Engineer Zone 链接编译并下载 C 代码演示项目。

（二）具体编程方法

1. 使用串行下载器编程
   • 串行下载器（“wsd.exe”）是 ADSP - CM408 SW Enablement Package 的一部分，安装后，在默认安装目录结构下，可在 C:Analog DevicesADSP - CM40xCM403F_CM408F_EZ - KITtoolUARTFlashProgrammer 中找到。
   • 步骤如下：
     • 使用 USB - UART 电缆将 EZ - kit 连接到 PC。
     • 在 EZkit 上使用选择开关 P3（靠近电源连接器）选择启动模式 3（UART 启动）。
     • 给 EZkit 上电。
     • 打开 Windows 串行下载器（wsd.exe）并选择适当的选项：目标为 ADSP - CM40x（闪存），选择 USB - 串口电缆连接的 COM 端口，波特率为 115200。
     • 点击“File to download”下的“Browse”，导航到提供的可执行文件“MC_demo.hex”。
     • 选择“Start”。
     • 操作完成后，在 EZkit 上使用选择开关 P3 选择启动模式 1（SPI 闪存启动）。
     • 重置 EZkit。
2. 使用 Segger J - Link 编程
   • 下载并安装 Segger JLink 软件（[http://www.segger.com/jlink - software.html](http://www.segger.com/jlink - software.html)）。
   • 点击 Windows 下的蓝色下载按钮，输入 Segger JLink Lite 序列号（印在调试器板上的微控制器上），点击确认框，下载并安装软件（默认位置为 C:Program Files(x86)Segger）。
   • 将 JLink 连接到 PC 的 USB 端口，另一端连接到 CM40x 板上的 20 针连接器。
   • PC 会自动安装 Jlink 驱动，完成后给 EZkit 上电。
   • 打开 Segger 安装位置并点击 JLink.exe，在 Jlink 窗口中输入“exec device = ADSP - CM408BSWZ - BF”，确认芯片已正确识别。
   • 将需要加载的二进制文件复制到已知位置，在 JLink 窗口中输入“loadbin c:tempMC_demo.bin, 0x18000000”加载二进制代码。
   • 重置 EZkit。
3. 从 IAR Embedded Workbench 编译和下载
   • 从相关 Engineer Zone 链接获取 C 代码演示项目并复制到本地磁盘驱动器，将 MC 项目的路径引用为 $MC_DIR$。
   • 确保已下载并安装 ADSP - CM40x SW Enablement 包。
   • 准备 IAR Embedded Workbench 环境的步骤如下：
     • 在 IAR EWB 中打开 $MC_DIR$SWIARProjectsIsoInv_VFiarIsoInv_VF.eww。
     • 确保选择了浮点单元（FPU），在“Library Configuration”选项卡中选择“Use CMSIS”。
     • 检查预处理器定义和附加包含库，确保链接器库文件和链接器配置文件正确设置。
   • 构建 IAR 项目：
     • 在 IAR EWB 中打开 $MC_DIR$SWIARProjectsPMSM_FOCiarpmsm_foc.eww。
     • 点击“Project￫Rebuild All”。
   • 对于硅版本 H，需要在 startup.c 中移除编译器预处理器符号“ADI_NO_SECURITY_PROTOCOL”；对于硅版本 0.0，需要定义该符号。
   • 编程设备的步骤如下：
     • 将 Segger J - Link 调试器连接到 PC 的 USB 端口和 EZ - kit 的调试连接器。
     • 给 EZ - kit 提供 5V 电源。
     • 在 IAR EWB 中点击“Project￫Download and Debug”下载程序到目标。
     • 在 IAR EWB 中点击“Debug￫Go”启动程序。

五、操作模式

（一）手动模式

1. 插入 12V 控制电源。
2. 将模式选择开关设置为手动。
3. 将启动/停止开关设置为停止。
4. 重置 EZkit。
5. 确保没有故障 LED 亮起。
6. 打开直流母线电源。
7. 将启动/停止开关设置为启动。
8. 使用频率拨盘控制电机速度/负载电压和频率，使用死区时间拨盘控制 PWM 死区时间。
9. 可通过短接跳线 JP1 模拟安全转矩关闭（STO）故障或关机，移除短接并通过瞬时开关 SW4 重置故障状态，电源板将恢复电机供电并将输出 PWM 恢复到之前的工作点。

（二）GUI 模式

1. 提取安装压缩文件后，运行安装程序可执行文件“ADIMonitorGUI.exe”加载 GUI 应用程序，若 PC 上没有.NET 框架，会自动下载。
2. 右键点击 GUI 右下角，选择“Connect”设置串口，若有多个选项，右键点击“Configure”选择正确的 COM 端口，选择后保存并连接。
3. 配置电机控制设置，这些设置是为 2 极电机的开环伏/赫兹控制设计的，若使用不同极数的电机，系统仍可工作，但转速与赫兹的相关性会不正确。
4. 输入配置设置后，按“Configure”。设置 VF_GAIN 和 VF_MAX_RATE 时需谨慎，若设置过高，可能导致电机电流过大，引发过流跳闸。若发生过流或 PWM 跳闸，或创建了 STO 跳闸，按 GUI 上的“Reset Trip”按钮，然后停止，必要时降低 VF_GAIN 或 VF_MAX_RATE 以限制稳态和瞬态电流幅值，重新启动电机。

六、电机运行

在“Control and Monitor”选项卡中，按“Start”按钮启动电机，可通过移动滑块或在数字框中输入速度来改变电机速度，也可通过移动滑块或在数字框中输入 ns 值来改变死区时间。

七、数据可视化

（一）加载数据

为了将可视化数据导入 GUI，必须加载演示 C 代码或可执行文件提供的链接器映射文件（MC_demo.map），从“Configure”选项卡中选择该文件。

（二）选择变量

默认提供的变量在映射文件中有 UID_ 前缀，需注意 GUI 无法从映射文件中确定变量是有符号还是无符号类型，若变量为有符号类型（如 duty_a），需在图 10 的相关列中手动将类型从 UINT16 更改为 SINT16。

（三）绘制变量

1. 选择要绘制的所有变量，并确定每个变量是在 Plot 1 还是 Plot 2 中绘制，同时要考虑最大缓冲区内存大小（1.7k）和每个缓冲区的最大字节数（8）。
2. 设置下采样因子，缓冲区时间片长度等于 PWM 开关周期乘以采样比，可通过增加下采样因子查看更长的时间片。
3. 按“Update Configuration”。
4. 在“Control and Monitor”选项卡中按“Start Plotting”。
5. 若要更改变量，按“Stop Plotting”，返回“Configure”选项卡更改配置的变量。

八、其他板卡特性

该逆变器平台设计为可从任何合适的处理器或 FPGA 板轻松操作，最低要求是六个 PWM 逻辑电平信号（3.3V）来驱动 IGBT 以及一个栅极驱动器使能信号。故障逻辑、手动拨盘/开关和 sigma - delta 调制器的反馈信号也可反馈到处理器或 FPGA。此外，板上的 0.1” 头连接器提供了备用的模拟和数字引脚，可用于将其他外部信号（如电机编码器反馈）路由到 ADSP - CM408 EZkit 或其他处理器或 FPGA 套件。板上还有许多测试点，可用于示波器观察板上的信号。还可连接数字 PFC 控制器评估板，通过 I2C 隔离器和连接器控制 PFC 评估板。

九、支持信息

若在 EV - MCS - ISOINVEP - Z 平台的设置和操作方面遇到支持问题，可访问[Engineer Zone 支持网站](https://ez.analog.com/community/motor - control - hardware - platforms2)。其他支持问题可访问技术支持网站、处理器和处理器工具特定问题社区，或通过电子邮件（[e-mail]、[e-mail]、[e-mail]（仅适用于中国和台湾））、电话（1 - 800 - ANALOGD）联系，也可联系当地销售办公室或授权经销商，或通过邮件将问题发送到 Analog Devices, Inc. 3 Technology Way P.O. Box 9106 Norwood, MA 02062 - 9106 USA。

各位电子工程师朋友们，在实际使用这个平台的过程中，你们有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。