深入剖析 RTKA227063DE0000BU 评估板：开启电机驱动测试新旅程

在电机驱动领域，高效且精准的测试工具对于工程师来说至关重要。今天，我们将详细探讨 Renesas 的 RTKA227063DE0000BU 评估板，它专为测试 RAA227063 智能栅极驱动器 IC 而设计，适用于三相无刷直流（BLDC）电机应用。

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评估板概述

RTKA227063DE0000BU 评估板（EVB）是瑞萨工程师用于评估 RAA227063 性能的测试板。它能轻松全面地评估 IC 和电路板的各项功能，既可以在无 MCU/FW 和电机的情况下测试 IC 功能，也能与配备适当固件（FW）的 MCU 板以及直流电机配合，进行电机驱动测试和演示。

规格参数

• 电源输入：4.5V 至 60V，能适应较宽的电压范围。
• 栅极驱动电压：默认 12V，可在 5V 至 15V 之间配置，满足不同应用需求。
• 电机驱动 MOSFET：额定值为 80V 132A，适用于大多数 60V 以下的直流电机。
• 电路板尺寸：5.55in × 6.31in，方便携带和使用。

功能特性

• 灵活配置：可将 RAA227063 配置为串行外设接口（SPI）或硬件接口（HW Interface），以及其他设计配置。
• 信号输入多样：可从 MCU 或外部信号发生器输入栅极驱动 PWM 信号。
• 丰富接口：为 MCU 提供电机电流和电压传感、PWM 信号、故障状态、IC 启用、SPI 连接等接口。
• MCU 兼容性：MCU 连接器与瑞萨的 RL78、RX13T、RX23T、RA2E1 和 RA6T1 等 MCU 卡兼容。
• 标准通信：支持标准 SPI 通信，用于对 IC 寄存器进行编程。
• 电源供应：为 MCU 提供电源（默认 3.3V，可在 1.2V 至 5V 之间配置）。
• 电机类型支持：支持无传感器电机和带霍尔传感器的电机。
• 电机驱动桥：由六个 MOSFET 组成三相电机驱动桥。
• 电流传感：使用三个分流电阻进行三相电机电流传感。

功能描述

操作特性

该评估板支持 RAA227063 的全工作电压范围（4.5V 至 60V），使用时切勿施加超过 IC 最大额定电压的电压。对于电机测试，需将电机额定电压施加到评估板上。板上安装的六个 N 沟道 MOSFET（MXP80N4P7BG）额定值为 80V 132A，适用于大多数 60V 以下的直流电机。不过，板上的 MOSFET 没有散热片，在大功率运行电机时需注意 MOSFET 的温度。

设置与配置

刚上电且未进行任何设置时，LED2 会亮起绿色，表明 5V VCC 可用，这是由 RAA227063 内部 LDO 从 VBUS 电源输入提供的，甚至在 IC 启用之前就已供电。TP6（VBUS）、TP2（VM）和 TP44（VBRIDGE）在连接到 VBUS 的电源输入处有电压，TP34（VCC）处于 5V 电平。在电机不运行或栅极不切换时，评估板仅消耗少量电流（几毫安）。

要将评估板设置为所需配置，需完成以下步骤。主要配置跳线的相关信息如下表所示：	Jumper	Signal/Pin	Description
J2	EN	IC 启用选项：短接引脚 1 和 2 从 VCC 启用 IC；短接引脚 3 和 4 从外部输入信号 EN_EXT（J1）启用 IC；短接引脚 5 和 6 从 MCU 信号 EN_MCU 启用 IC
JP4	AUXVCC	AUXVCC 选项：短接引脚 1 和 2 使用外部源 AUXVCC_EXT（J15）的 AUXVCC；短接引脚 3 和 4 使用 IC（AUXVCC_IC，默认 3.3V）的 AUXVCC；短接引脚 5 和 6 使用 VCC（5V）的 AUXVCC
J22	DT/IFSEL/BEN	SPI 或 HW 接口选项；HW 接口的死区时间（DT）和反电动势（BEMF）传感启用（BEN）选择：短接引脚 1 和 2 使用 SPI 配置（默认：DT = 150ns，BEMF 传感禁用）；短接引脚 3 和 4 使用 DT = 450ns 的 HW 接口，BEMF 传感禁用；短接引脚 5 和 6 使用 DT = 250ns 的 HW 接口，BEMF 传感禁用；短接引脚 7 和 8 使用 DT = 150ns 的 HW 接口，BEMF 传感启用，COMMON 引脚作为电机中心抽头输入；短接引脚 9 和 10 使用 DT = 150ns 的 HW 接口，BEMF 传感启用，IC 内部虚拟中心抽头作为电机中心抽头输入
J37	VREF	VREF 选项：短接引脚 1 和 2 使用 AUXVCC 作为 VREF；短接引脚 3 和 4 使用外部源 VREF_EXT 作为 VREF（J20）；短接引脚 5 和 6 使用 VCC（5V）作为 VREF
J8	LIC/HIC	控制输入信号选项（x = A, B, C）：短接 J44 仅在使用 SPI 配置时连接 SDO 上拉电阻；短接引脚 1 和 2 使用外部源作为 LIx（J7, J9, J12）；短接引脚 3 和 4 使用 MCU 信号作为 LIx；短接引脚 5 和 6 使用外部源作为 HIx（J7, J9, J12）；短接引脚 7 和 8 使用 MCU 信号作为 HIx
J11	SHC	连接这些跳线会将 SHx 短接到电源地，用于特定 IC 测试目的，正常操作时请勿连接
J14	SHB
J17	SHA
JP7	5V_HALL	霍尔传感器电源选择：短接引脚 1 和 2 使用外部电源 5V_EXT 为霍尔传感器供电（J33）；短接引脚 3 和 4 使用 5V VCC 为霍尔传感器供电
JP8	SPEED_POT_VR	速度电位器选项：短接引脚 1 和 2 使用板载速度电位器；短接引脚 3 和 4 使用远程板外速度电位器（EVB 套件中不包含）

当通过 JP4 配置 AUXVCC 时，上电后 TP26 AUXVCC 应接近 3.3V（AUXVCC_IC 选项）或 5V（VCC 选项），除非配置为使用外部源。IC 启用时，TP4 nFAULT 应处于 AUXVCC 电平。

评估板默认将 VDRV 配置为 12V，AUXVCC 配置为 3.3V。对于不同电压应用，需根据 RAA227063 数据手册和应用笔记中的说明，调整反馈电阻值，如 R88 和 R89 用于 VDRV，R11 和 R12 用于 AUXVCC。

VREF 是电流传感放大器参考电压输入，它被分压至电源实际放大器参考电压的 ½。使用 J37 配置所需的 VREF 电压为 VCC 或 AUXVCC，并在 TP21 处进行检查。

在电机驱动测试中，栅极控制输入信号来自 MCU，需短接 J8/J10/J13 的引脚 3 至 4 和引脚 7 至 8。IC 的 LIx/HIx（x = A, B, C）引脚连接到 MCU 连接器 J5 和 J4A 上的 PWM 引脚。

在无 MCU/电机的栅极切换测试中，控制输入信号可来自外部信号源，需短接 J8/J10/J13 的引脚 1 至 2 和引脚 5 至 6。IC 的 LIx/HIx 引脚连接到板左侧的 HIx_EXT 和 LIx_EXT（x = A, B, C）连接器 J7、J9 和 J12。

硬件（HW）接口配置的跳线信息如下表所示：	Jumper	Signal/Pin	Description
J34	CSGAIN/SCLK	电流传感（CS）放大器增益选择：短接引脚 1 和 2 将 CS_GAIN 设置为 40V/V；短接引脚 3 和 4 将 CS_GAIN 设置为 20V/V；短接引脚 5 和 6 将 CS_GAIN 设置为 10V/V；短接引脚 7 和 8 将 CS_GAIN 设置为 5V/V
J38	MODE/SDO	操作模式选择：短接引脚 1 和 2 设置为三相 PWM 模式并使用接地侧分流电阻进行电流传感；短接引脚 3 和 4 设置为三相 PWM 模式并使用低侧 rDS(ON) 进行电流传感；短接引脚 5 和 6 设置为三相 HI/LI 模式并使用低侧 rDS(ON) 进行电流传感；短接引脚 7 和 8 设置为三相 HI/LI 模式并使用接地侧分流电阻进行电流传感
J39	IDRV/SDI	栅极驱动器强度（峰值源/灌电流 Isrc/Isnk）选择：短接引脚 1 和 2 设置 Isrc = 1100mA 和 Isnk = 2400mA；短接引脚 3 和 4 设置 Isrc = 700mA 和 Isnk = 1400mA；短接引脚 5 和 6 设置 Isrc = 500mA 和 Isnk = 1000mA；短接引脚 7 和 8 设置 Isrc = 400mA 和 Isnk = 800mA；短接引脚 9 和 10 设置 Isrc = 310mA 和 Isnk = 650mA；短接引脚 11 和 12 设置 Isrc = 220mA 和 Isnk = 500mA；短接引脚 13 和 14 设置 Isrc = 160mA 和 Isnk = 350mA；短接引脚 15 和 16 设置 Isrc = 70mA 和 Isnk = 180mA
J40	VDSTH/nSCS	VDS 过流保护阈值（VDS_TH）选择：短接引脚 1 和 2 设置 VDS_TH = 2150mV；短接引脚 3 和 4 设置 VDS_TH = 1600mV；短接引脚 5 和 6 设置 VDS_TH = 1200mV；短接引脚 7 和 8 设置 VDS_TH = 710mV；短接引脚 9 和 10 设置 VDS_TH = 645mV；短接引脚 11 和 12 设置 VDS_TH = 400mV；短接引脚 13 和 14 设置 VDS_TH = 240mV；短接引脚 15 和 16 设置 VDS_TH = 75mV

电路板设计

布局结构

评估板的 RAA227063 IC 位于板的中心，电机连接器位于顶部，MCU 连接器位于板的下部/底部，用于在无 MCU 和电机的情况下测试 IC 的外部栅极控制输入信号位于左侧。左下角有一个方便使用的 SPI 连接器 J42，右下角是电机控制开关 SW - 1/SW - 2 和速度电位器，主要配置跳线位于板的中间。

原理图

评估板的原理图共两页，可从瑞萨网站下载。第一页包含 RAA227063 及其外部组件、MCU 连接器、配置跳线、SPI 连接器和测试点；第二页包含主电源输入、三相驱动桥、电机电压传感、霍尔传感器支持、额外的 MCU 连接器、拨动开关、速度电位器和电机连接端子。未安装的 DNP（Do Not Populate）组件是为某些应用可能的使用预留的占位符，如 MOSFET 缓冲器和额外的滤波电容。

MCU 接口

评估板有与瑞萨 RL78、RX13T、RX23T、RX24T 和 RA6T1 MPU 卡连接器 CNA 和 CNB 兼容的 MCU 连接器 J4 和 J5，以及与新的瑞萨 RA2E1 MCU 板兼容的 MCU 连接器 J4A 和 J5A。此外，对于一些未在 MCU 连接器 J4、J5、J4A 和 J5A 中涵盖的与 MCU 的通信信号，评估板还提供了额外的信号连接器 J43 和 SPI 连接器 J42。各连接器的引脚分配信息可参考文档中的相关表格。

LED 指示灯

板上右下角有五个 LED 用于系统状态指示，具体信息如下表所示：	LED	Name	Description
1	nFAULT	红色：当 IC nFAULT 拉低时亮起
2	VCC	绿色：当 VCC（5V）开启时亮起
3	AUXVCC	绿色：当 AUXVCC 开启时亮起
4	FAULT	红色：当 MCU 宣布系统故障时亮起，或取决于固件编程。控制信号通过 J5 引脚 2 从 MCU 输入
5	Motor Status	绿色：当 MCU 宣布电机运行时亮起，或取决于固件编程。控制信号通过 J5 引脚 1 从 MCU 输入

开关和速度电位器

板上右下角有两个拨动开关（SW - 1 和 SW - 2）和一个电位器（Speed Pot R110）。SW - 1 在适当的固件支持下可控制电机的启动/停止或改变方向，向下拨动开关可将 SW - 1_MTR_CTL 信号从 AUXVCC 拉到地；SW - 2 在适当的固件支持下可清除 MCU 故障，向下拨动开关可将 SW - 2_FAULT_CLR 信号从 AUXVCC 拉到地。速度电位器可在适当的固件支持下调整电机速度和方向，从逆时针（CCW）旋转到顺时针（CW）位置会使 SPEED_POT_VR 电压从 0 增加到 AUXVCC，它有一个中心定位点，可使电压达到 AUXVCC 的一半，固件可设计为利用中心定位点电压使电机向不同方向旋转。此外，还有一个连接器（J45）允许在需要时连接远程电位器，可根据表 1 中的说明配置 JP8 以使用板载或远程电位器，不过外部电位器不随 EVB 板提供。

控制信号输入

当评估板从 MCU 接收栅极控制 PWM 信号时，信号通过 MCU 连接器 J5 或 J4A 输入；当在无 MCU 的情况下测试评估板时，栅极控制信号通过位于板左侧的 LIx_EXT 和 HIx_EXT（x = A, B, C）连接器 J7、J9、J12 输入。需根据表 1 相应配置跳线 J8、J10 和 J13。

霍尔传感器支持

对于带有霍尔传感器的电机，将 J32 5V_HALL 连接到霍尔传感器电源，传感器信号连接到 J28 连接器。将经过调理的霍尔传感器信号（HALL_A、HALL_B、HALL_C）通过 MCU 连接器 J5A 或额外的信号连接器 J43 连接到 MCU。

物料清单

文档中详细列出了评估板的物料清单，包括电容、电阻、二极管、连接器、LED、MOSFET、电感、电位器、测试点和 IC 等组件的数量、型号、制造商和制造商部件编号。

电路板布局

文档提供了评估板各层的布局图，包括顶层、底层、中间层等，电路板设计文件也可从瑞萨网站下载。

订购信息与修订历史

订购信息

评估板的型号为 RTKA227063DE0000BU，用于 RAA227063 评估。

修订历史

该文档的初始版本于 2021 年 11 月 1 日发布，版本号为 1.00。

RTKA227063DE0000BU 评估板为工程师提供了一个强大而灵活的测试平台，可帮助他们深入了解和评估 RAA227063 智能栅极驱动器 IC 在三相 BLDC 电机应用中的性能。通过合理配置和使用该评估板，工程师能够更高效地进行电机驱动测试和开发工作。你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。