EVAL - M1 - IM523評(píng)估板：助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款性能優(yōu)良且易于使用的評(píng)估板能為工程師們節(jié)省大量時(shí)間和精力。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下英飛凌（Infineon）的EVAL - M1 - IM523評(píng)估板，它是iMOTION?模塊化應(yīng)用設(shè)計(jì)套件（MADK）的一部分，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-M1-IM523 評(píng)估板.pdf

評(píng)估板概述

EVAL - M1 - IM523評(píng)估板專(zhuān)為主要家用電器（如空調(diào)、泵、風(fēng)扇等變速驅(qū)動(dòng)器）的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)提供初始支持。它基于IM523 - X6A CIPOS? Mini智能功率模塊（IPM），與配備M1 20針接口連接器的控制板（如EVAL - M1 - 101T）配合使用，展示了英飛凌CIPOS? Mini IPM技術(shù)和先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制引擎（MCE 2.0）技術(shù)。

主要特性

• 寬輸入電壓范圍：支持85 VAC至255 VAC的輸入電壓，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。在110 VAC輸入時(shí)，PWM頻率為15 kHz，輸入電流3 Arms，輸出功率約500 W；在220 VAC輸入時(shí)，PWM頻率同樣為15 kHz，輸入電流5.5 Arms，輸出功率約900 W。
• 完善的保護(hù)機(jī)制：具備浪涌電流限制器用于電路保護(hù)，還有過(guò)流硬件保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)功能，能有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 豐富的輔助功能：板載EMI濾波器可減少電磁干擾，輔助電源提供15 V和5.0 V的電壓輸出。同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的感應(yīng)、熱敏電阻輸出以及溫度控制的冷卻風(fēng)扇速度調(diào)節(jié)。
• 合理的PCB設(shè)計(jì)：PCB尺寸為160 mm × 115 mm，兩層1 oz.銅，并且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)

系統(tǒng)功能與使用步驟

系統(tǒng)搭建與啟動(dòng)

要運(yùn)行電機(jī)系統(tǒng)，需要將EVAL - M1 - IM523評(píng)估板與匹配的MADK控制板（如EVAL - M1 - 101T）組合使用。首先，需要使用iMOTION?軟件工具（MCEDesigner和MCEWizard）進(jìn)行初始系統(tǒng)設(shè)置，這些工具可從英飛凌網(wǎng)站下載。

具體步驟如下：

1. 連接EVAL - M1 - 101T控制板到EVAL - M1 - IM523評(píng)估板，并將PC USB連接器連接到EVAL - M1 - 101T控制板。
2. 連接220 V AC電源和UVW輸出到電機(jī)。
3. 在MCEWizard中輸入目標(biāo)電機(jī)的系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)以及評(píng)估板的硬件參數(shù)，用于計(jì)算控制器的數(shù)字參數(shù)集。
4. 設(shè)置完參數(shù)后，進(jìn)入Verify & Save頁(yè)面，點(diǎn)擊Calculate Parameters。若無(wú)誤，點(diǎn)擊Export to MCEDesigner file (.txt)保存驅(qū)動(dòng)參數(shù)集；若有錯(cuò)誤，需調(diào)整參數(shù)。
5. 打開(kāi)220 V AC電源，LED 1和2變紅。
6. 啟動(dòng)MCEDesigner工具，打開(kāi)IMC101T設(shè)備的默認(rèn)配置文件（.irc）。
7. 若MCEDesigner無(wú)法自動(dòng)連接到EVAL - M1 - 101T板，需更改COM端口。
8. 若IMC101T為空白IC，需按照特定步驟將固件和參數(shù)文件編程到iMOTION?控制IC的內(nèi)部閃存中。

電機(jī)性能調(diào)試

編程完成后，還需要進(jìn)行一系列調(diào)試工作來(lái)確保電機(jī)性能達(dá)到最佳。

• 電流波形調(diào)整：雙擊VF Diagnostic功能，用示波器監(jiān)測(cè)電機(jī)電流。若電流不是正弦波，需更改目標(biāo)速度和Vd_Ext，直到示波器顯示穩(wěn)定的正弦電流，且幅度為電機(jī)額定電流的30 - 50%。
• 電流反饋監(jiān)測(cè)：打開(kāi)System Page > Monitor Definitions，雙擊Iu & Iv_Slow。若電機(jī)電流反饋不干凈或不是正弦波，需在MCEWizard中調(diào)整Gating Propagation Delay & Phase Shift Window Size。
• 參數(shù)驗(yàn)證：VF Diagnostic子功能可驗(yàn)證電機(jī)連接、IGBT/MOS和柵極驅(qū)動(dòng)器工作情況、電流感應(yīng)相關(guān)參數(shù)配置以及PCB布局和直流母線去耦是否正確。
• 電機(jī)啟動(dòng)與方向調(diào)整：完成VF Diagnostic后，點(diǎn)擊STOP停止PWM，再點(diǎn)擊綠色交通燈按鈕或雙擊Start Motor子功能啟動(dòng)電機(jī)。若電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò)誤，可調(diào)整UVW連接順序或在MCEDesigner中設(shè)置負(fù)目標(biāo)速度。
• Flx_M參數(shù)優(yōu)化：將目標(biāo)速度設(shè)置為最大速度的50%，啟動(dòng)Iu & Flx_M跟蹤。若Flx_M不穩(wěn)定、有噪聲或偏離2048，需分別檢查電機(jī)參數(shù)、速度環(huán)PI增益、磁通估計(jì)器時(shí)間常數(shù)、PLL PI帶寬、電流反饋以及硬件和VDC相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)解析

EMI濾波器和軟啟動(dòng)電路

從AC輸入連接器X1到整流后的直流母線電壓的電路包含一個(gè)無(wú)源EMI濾波器（由X、Y電容器和共模電感組成）、一個(gè)10 A/600 V整流橋D3、一個(gè)F1保險(xiǎn)絲、一個(gè)PTC電阻和一個(gè)RY1繼電器。繼電器用于軟啟動(dòng)和降低穩(wěn)態(tài)下的傳導(dǎo)損耗。

逆變器部分

逆變器部分采用CIPOS? Mini IPM實(shí)現(xiàn)，該模塊結(jié)合了優(yōu)化的反向?qū)↖GBT Gen 2（RCD2）和行業(yè)基準(zhǔn)的穩(wěn)健半橋驅(qū)動(dòng)器。還提供了分流電阻部分，可通過(guò)OPAMP設(shè)置過(guò)流水平。同時(shí)，有三個(gè)電容器C3、C6和C8作為自舉電容器，提供必要的浮動(dòng)電源電壓。

輔助電源

輔助電源電路基于英飛凌的CoolSET? 5（ICE5GR4780AG）和反激拓?fù)洌苯虞敵?5 V和6 V。線性穩(wěn)壓器TLE42744DV50從6 V電源生成5.0 V電源，用于逆變器的外部過(guò)流比較器電路。VCC和5.0 V電源也通過(guò)20針iMOTION? MADK - M1接口連接器為控制板上的電路供電。

布局與物料清單

評(píng)估板采用兩層140 μm銅（1 oz.）設(shè)計(jì)，尺寸為160 mm x 115 mm，PCB厚度為1.6 mm。完整的物料清單可從英飛凌網(wǎng)站下載，包含了各種電容、電阻、二極管、繼電器、變壓器等關(guān)鍵元件的詳細(xì)信息。

系統(tǒng)性能測(cè)試

輔助電源和浪涌電流測(cè)試

在25°C環(huán)境溫度下測(cè)試，15V和5V電源在85 - 255 Vc輸入范圍內(nèi)正常工作，最大浪涌電流為6.8 pk。5V建立時(shí)間在15V建立后5.4 ms，輔助電源在最小50 Vc輸入時(shí)啟動(dòng)，在31 V Voc_BUS電壓時(shí)關(guān)閉。

DC母線電容和DC紋波測(cè)試

在不同輸入電壓和輸出功率下測(cè)試，220 V輸入、5.5 Arms相電流輸出時(shí)，Voc母線電壓紋波比為4.93%；110 VAC輸入時(shí)，紋波比為9.17%，均滿足紋波比小于10%的要求。

電流輸出能力和熱測(cè)試

在不同PWM頻率和負(fù)載下測(cè)試，評(píng)估板在220 Vac輸入、15 kHz PWM和937 W輸入功率下表現(xiàn)良好，在110 V輸入時(shí)，由于較高的母線電壓紋波和輸入線電流，輸出功率可達(dá)500 W。同時(shí)，測(cè)試了不同條件下的IPM外殼溫度，確保系統(tǒng)在安全溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。

過(guò)壓和欠壓保護(hù)測(cè)試

過(guò)壓和欠壓保護(hù)閾值分別設(shè)置為340 V（2697 counts）和100 V（793 counts），當(dāng)DC母線電壓超過(guò)或低于閾值（±3 V）時(shí)，系統(tǒng)能正常關(guān)閉，保護(hù)功能正常工作。

過(guò)溫保護(hù)測(cè)試

過(guò)溫閾值電壓設(shè)置為3.4 V，對(duì)應(yīng)105 ± 3°C的IPM外殼溫度。無(wú)論是iMOTION軟件的過(guò)溫保護(hù)還是板載硬件的過(guò)溫保護(hù)，都能使電機(jī)停止運(yùn)行，系統(tǒng)按預(yù)期停止。

過(guò)流測(cè)試

軟件過(guò)流保護(hù)在4.21 Apeak相電流時(shí)使電機(jī)停止，并在MCEDesigner故障標(biāo)志中報(bào)告過(guò)流故障；硬件過(guò)流保護(hù)閾值設(shè)置為9 A，比較器在10.1 A時(shí)觸發(fā)，過(guò)流保護(hù)功能正常。

直流電流反饋測(cè)試

不使用板上的外部放大器，電流反饋信號(hào)直接發(fā)送到MCU AD輸入引腳。在不同電流負(fù)載下運(yùn)行評(píng)估板，檢查Iu和Iv電流波形為均勻正弦波，系統(tǒng)穩(wěn)定，電機(jī)Flx_M穩(wěn)定。

總結(jié)

EVAL - M1 - IM523評(píng)估板憑借其豐富的功能、完善的保護(hù)機(jī)制和良好的系統(tǒng)性能，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)。工程師們可以利用該評(píng)估板快速搭建電機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行性能測(cè)試和優(yōu)化，同時(shí)通過(guò)英飛凌提供的軟件工具和詳細(xì)的文檔資料，能夠更高效地完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和改進(jìn)，以滿足不同場(chǎng)景的要求。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。