EVAL-6ED2231S12TM1評(píng)估板：開啟電機(jī)驅(qū)動(dòng)新世界

作為電子工程師，我們一直在尋找性能卓越、功能強(qiáng)大的評(píng)估板來助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。今天，就來和大家深入探討一下EVAL-6ED2231S12TM1評(píng)估板，看看它能為我們的設(shè)計(jì)帶來哪些驚喜。

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評(píng)估板概述

EVAL-6ED2231S12TM1是一款用于評(píng)估1200V SOI三相柵極驅(qū)動(dòng)器6ED2231S12T以及EasyPACK? 1B 1200V CoolSiC? MOSFET模塊FS55MR12W1M1H_B11的功率評(píng)估板。它專為電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，包含M1連接器、一個(gè)三相模塊和一個(gè)三相SOI柵極驅(qū)動(dòng)器。該評(píng)估板旨在幫助用戶在使用英飛凌的EasyPACK? 1B CoolSiC? MOSFET模塊和三相柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)的初期提供支持。

關(guān)鍵特性與參數(shù)

主要特性

• 電源輸入與輸出：額定直流輸入電壓為510V，設(shè)計(jì)用于最大5kW的電機(jī)功率輸出。
• 電流與電壓檢測(cè)：采用單分流器進(jìn)行電流檢測(cè)，同時(shí)可檢測(cè)直流母線電壓。
• 溫度保護(hù)：內(nèi)置負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，用于過溫保護(hù)。
• 輔助電源：板載+18V和+3.3V輔助電源。
• 接口兼容性：M1接口與iMOTION?控制板兼容。

技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)與功能描述

啟動(dòng)與設(shè)置

要運(yùn)行電機(jī)系統(tǒng)，需要將EVAL-6ED2231S12TM1功率板與匹配的iMOTION?控制板（如EVAL-M1-101T）結(jié)合使用。通過M1接口連接后，按照以下步驟進(jìn)行設(shè)置：

1. 獲取控制板與軟件：從https://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/eval-m1-101t訂購英飛凌控制板EVAL-M1-101T，并從www.infineon.com/imotion-software下載最新的IMC101T-T038 MCE軟件包。
2. 連接與編程：使用USB電纜將PC連接到控制板，進(jìn)行編程和調(diào)試。
3. 參數(shù)設(shè)置：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)，計(jì)算控制器的數(shù)字參數(shù)集。
4. 保存參數(shù)：在Verify & Save頁面點(diǎn)擊Calculate Parameters，然后點(diǎn)擊Export to MCEDesigner file (.txt)保存驅(qū)動(dòng)參數(shù)集。
5. 連接電機(jī)與電源：將電機(jī)相輸出（母板上的X9）連接到電機(jī)，將直流電源連接到電源輸入連接器（母板上的X8），然后開啟系統(tǒng)。
6. 啟動(dòng)MCEDesigner：打開MCEDesigner工具，點(diǎn)擊File > Open打開IMC101T-T038控制器的默認(rèn)配置文件（.irc）。
7. 連接控制板：如果無法自動(dòng)連接，可在System Page窗口中更改COM端口。
8. 編程參數(shù)：使用Tools > Programmer選擇Program Parameters，瀏覽并選擇之前保存的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)文件。
9. 啟動(dòng)電機(jī)：點(diǎn)擊控制欄中的綠色交通燈按鈕啟動(dòng)電機(jī)，點(diǎn)擊紅色交通燈按鈕停止電機(jī)。

功能模塊概述

6ED2231S12T柵極驅(qū)動(dòng)器

它采用英飛凌的薄膜SOI技術(shù)，具有諸多出色特性。如完全可在高達(dá)+1200V的電壓下工作，集成超快自舉二極管，浮動(dòng)通道專為自舉操作而設(shè)計(jì)等。其絕對(duì)最大額定值涵蓋了多個(gè)參數(shù)，如低側(cè)電源電壓Vcc范圍為 -0.3V至25V等。

FS55MR12W1M1H_B11模塊

這是一個(gè)EasyPACK? 1B 1200V / 52.9mΩ（典型值）的六管模塊，具備高電流密度、低開關(guān)和傳導(dǎo)損耗、低電感設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，還集成了NTC溫度傳感器和PressFIT接觸技術(shù)，并且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

ICE5QSAG準(zhǔn)諧振控制器

提供高性能和全面的保護(hù)功能，以增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。具有新穎的準(zhǔn)諧振操作和專有的低EMI實(shí)現(xiàn)方式，可通過級(jí)聯(lián)配置實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)等。

IMBF170R1K0M1 CoolSiC? MOSFET

采用碳化硅這種革命性的半導(dǎo)體材料，優(yōu)化用于反激拓?fù)?，具有極低的開關(guān)損耗和可完全控制的dV/dt以優(yōu)化EMI等特性。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)

直流母線電壓測(cè)量

通過適當(dāng)大小的母線電容器穩(wěn)定母線電壓，使用電阻R1和R3平衡串聯(lián)電解電容器上的電壓。需要注意的是，EVAL-6ED2231S12TM1母板上已焊接電阻R11，因此需要移除EVAL-M1-101T控制板上的13.3kΩ下拉電阻。

逆變器部分

使用FS55MR12W1M1H_B11實(shí)現(xiàn)三相逆變器橋部分，采用R15/R16/R17（并聯(lián)）作為單分流器進(jìn)行電流檢測(cè)。

驅(qū)動(dòng)電路

三相柵極驅(qū)動(dòng)器6ED2231S12T的專用子板安裝在母板頂部，用于驅(qū)動(dòng)SiC模塊。使用C3、C4和C5作為自舉電容器提供必要的浮動(dòng)電源電壓，由于6ED2231S12T集成了三個(gè)自舉二極管，無需外部自舉二極管。該驅(qū)動(dòng)器的ITRIP輸入引腳可檢測(cè)直流母線中的過流事件，檢測(cè)到過流時(shí)輸出關(guān)閉并報(bào)告故障。

過流保護(hù)

為了節(jié)省分流電阻的功率損耗，使用三個(gè)30mΩ / 3W表面貼裝器件（SMD）電阻（R15/R16/R17）并聯(lián)，將$R_{shunt}$值設(shè)置為10mΩ。目標(biāo)過流保護(hù)電流（IOCP）為25A，ITRIP引腳的過流閾值為0.5V，通過電阻分壓器R19和R20提供0.25V的直流偏置電壓以滿足目標(biāo)電流。

NTC熱敏電阻配置

FS55MR12W1M1H_B11包含一個(gè)NTC熱敏電阻，其在25°C時(shí)電阻為5kΩ，100°C時(shí)電阻為493Ω。子板上已有1kΩ上拉電阻，在MCEWizard中將NTC熱敏電阻的過溫電壓閾值設(shè)置為1.09V以保護(hù)SiC模塊。如果使用EVAL-M1-101T作為控制板，需要移除NTC的4.87kΩ上拉電阻以避免沖突。

輔助電源

輔助電源電路采用準(zhǔn)諧振反激控制器ICE5QSAG和CoolSiC? 1700V SiC MOSFET IMBF170R1K0M1，有兩個(gè)次級(jí)繞組，分別產(chǎn)生18V DC和7V DC。18V DC連接到柵極驅(qū)動(dòng)器，3.3V電源由7V DC通過線性穩(wěn)壓器IFX25001ME V33獲得，用于過流偏置電路。

原理圖與布局

評(píng)估板的原理圖包括功率逆變器板（母板）、子板的驅(qū)動(dòng)電路和輔助電源電路。布局方面，功率逆變器板和子板都有詳細(xì)的布局圖，并且遵循一些基本的布局準(zhǔn)則，如VCC和VBS旁路電容器應(yīng)靠近IC，驅(qū)動(dòng)環(huán)路應(yīng)盡可能小等。

物料清單與連接器細(xì)節(jié)

完整的物料清單（BOM）可在英飛凌主頁的Downloads部分下載。重要組件包括6ED2231S12T柵極驅(qū)動(dòng)器、FS55MR12W1M1H_B11模塊等。連接器方面，涵蓋了子板和母板的連接、直流電源輸入、三相輸出到電機(jī)以及iMOTION? MADK-M1 20引腳接口連接器等。

系統(tǒng)性能測(cè)試

運(yùn)行BLDC電機(jī)

在特定測(cè)試條件下運(yùn)行BLDC電機(jī)，輸入電壓$V{IN}=510VDC$，相輸出電流$I{PHASE}=15A_{rms}$，室溫環(huán)境，使用GK6081-6AC31-FE電機(jī)，轉(zhuǎn)速為1450r/min，扭矩為17Nm，六管模塊采用自然通風(fēng)散熱。

輸出相電流

運(yùn)行BLDC電機(jī)時(shí)，可觀察到相U輸出電流的波形，如在$V{IN}=510V$，$P{IN}=3kW$，$F_{sw}=12kHz$時(shí)，輸出電流為15.7A。

過流保護(hù)測(cè)試

當(dāng)ITRIP引腳輸入超過500mV且持續(xù)時(shí)間超過500納秒時(shí)，過流檢測(cè)會(huì)關(guān)閉柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出，過流保護(hù)在峰值電流約為25.2A時(shí)啟動(dòng)。

短路保護(hù)測(cè)試

當(dāng)輸入電壓$V_{IN}$為600V，最大電流約為143A時(shí)，總短路保護(hù)延遲時(shí)間（包括外部RC濾波器，1kΩ / 220pF）約為1微秒。

逆變器效率測(cè)試

分別測(cè)試了逆變器效率與輸入功率以及載波頻率的關(guān)系。在$V{IN}=510V$，$I{PHASE}=11.2A$，$F{SW}=16kHz$，$T{a}=25^{circ}C$的條件下，可得到逆變器效率與輸入功率的關(guān)系曲線；在$V{IN}=510V$，$I{PHASE}=11.2A$，$P{IN}=2kW$，$T{a}=25^{circ}C$的條件下，可得到逆變器效率與載波頻率的關(guān)系曲線。

總結(jié)

EVAL-6ED2231S12TM1評(píng)估板為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)強(qiáng)大而全面的平臺(tái)。它集成了高性能的組件，具備豐富的保護(hù)功能和出色的性能表現(xiàn)。無論是對(duì)于新手工程師還是經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人士，都能在電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。在使用過程中，我們需要嚴(yán)格遵循安全注意事項(xiàng)，確保操作的安全性。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，靈活調(diào)整電路和參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。大家在使用這款評(píng)估板的過程中，有沒有遇到什么有趣的問題或者獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享！