探索 EVAL-6ED2742S01Q 評估套件：助力電池供電應用設計

引言

在電子工程師的日常工作中，不斷尋找高效、可靠的解決方案來滿足各種應用需求是一項持續的挑戰。今天，我們將深入探討 Infineon Technologies 的 EVAL - 6ED2742S01Q 評估套件，它專為電池供電應用而設計，適用于消費和戶外電動工具、機器人、無人機、電動自行車等領域。這個評估套件能為工程師們在電機控制設計方面提供哪些便利和優勢呢？讓我們一起來一探究竟。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-6ED2742S01QM1 評估套件.pdf

評估套件概述

硬件組成

EVAL - 6ED2742S01Q 評估套件包含一個三相逆變器功率板和一個 iMOTION? 控制卡（如 EVAL - M1 - 101T）。功率板配備了 160 V 額定的 6ED2742S01Q 三相柵極驅動器，采用 5 x 5 QFN - 32 封裝，驅動六個 150 V 額定的 OptiMOS? MOSFETs BSC074N15NS5，采用 5 x 6 Super SO8 封裝。此外，還具備總線電容器、用于電流傳感的單分流器、用于直流母線電壓測量的分壓器以及其他外圍電路。

性能參數

輸入電壓范圍為 10.8 V 至 120 V，在標稱 24 V 直流母線電壓下，可在無散熱器時提供高達 250 W 的功率輸出，有散熱器時可達 500 W，能驅動 BLDC 電機。其主要特性包括：

• 電源與功率：標稱直流輸入電壓 24 V，設計用于最大 250 W 電機功率輸出（加散熱器或強制風冷時可達 500 W）。
• 傳感功能：采用單分流器進行電流傳感，可測量直流母線電壓。
• 輔助電源：板載 +12 V 和 +3.3 V 輔助電源。
• 接口兼容性：M1 接口與 iMOTION? 控制板兼容。
• 集成功能：6ED2742S01Q 內部集成了具有線性預調節器和電荷泵的電源管理單元（PMU），可實現寬輸入電壓范圍和穩定的 VCC；集成了可選擇增益的電流傳感放大器（CSA）和可選擇 VREF 閾值的過流保護功能；具備集成的直通保護和內置死區時間；多功能 RFE 引腳可用于啟用/禁用電機驅動；還集成了短脈沖/噪聲抑制輸入濾波器。

系統設計與功能剖析

系統連接與啟動

要運行電機系統，需將功率板 EVAL - 6ED2742S01QM1 與匹配的 iMOTION? 控制板（如 EVAL - M1 - 101T）組合使用。通過 M1 接口連接兩塊板，系統即可運行 BLDC 電機。 在啟動系統前，需要進行一些準備工作。首先，從 www.infineon.com/imotion - software 下載最新的 IMC101T - T038 MCE 軟件包。然后，按照以下步驟操作：

1. 將 EVAL - M1 - 101T 的 M1 20 針接口連接器 J2 連接到 EVAL - 6ED2742S01QM1 板的連接器 J3。
2. 在 MCEWizard 中輸入目標電機的系統和運行參數以及評估板的硬件參數，這些數據將用于計算控制器的數字參數集。
3. 進入“Verify & Save”頁面，點擊“Calculate Parameters”，然后點擊“Export to MCEDesigner file (.txt)”將驅動參數集保存到項目目錄。
4. 將電機相輸出（EVAL - 6ED2742S01QM1 板上的 J2）連接到電機。
5. 將直流輸入連接到功率輸入連接器（EVAL - 6ED2742S01QM1 板上的 J1），然后給系統上電。
6. 啟動 MCEDesigner 工具。
7. 點擊“File > Open”打開 IMC101T - T038 控制器的 MCEDesigner 默認配置文件（.irc）。
8. 若 MCEDesigner 無法自動連接到 EVAL - M1 - 101T 控制板，可更改 COM 端口。
9. 使用“Tools > Programmer”并選擇“Program Parameters”將系統參數編程到 iMOTION? IC 的內部 SRAM 中。
10. 點擊控制欄中的綠色交通燈按鈕啟動電機，點擊紅色交通燈按鈕停止電機。

關鍵組件功能

6ED2742S01Q 柵極驅動器

這是一個基于 SOI 的 160 V 柵極驅動器，專為三相 BLDC 電機驅動應用而設計。其主要特點包括：

• 具備 +160 V 的自舉電壓（VB 節點），浮動通道設計用于自舉操作。
• 集成的電源管理單元（PMU）具有線性預調節器和電荷泵，可實現寬輸入電壓范圍和穩定的 VCC。
• 集成了可選擇增益的電流傳感放大器（CSA）和可選擇 VREF 閾值的過流保護功能。
• 支持 100% 占空比操作，通過涓流充電泵實現。
• 集成了低 RON、超快的自舉二極管，高低側均有獨立的欠壓鎖定功能。
• 具備集成的直通保護和內置死區時間，多功能 RFE 引腳可用于啟用、故障報告和自動故障清除。
• 集成了短脈沖/噪聲抑制輸入濾波器，施密特觸發器輸入具有滯后特性，與 3.3 V、5 V 輸入邏輯兼容，輸出與輸入同相。

BSC074N15NS5 MOSFET

這是一款 150 V 額定的 N 溝道 OptiMOS? 5 功率 MOSFET，因其 5 x 6 Super SO8 封裝和出色的柵極電荷 x RDS (on) 產品品質因數（FOM）而被選用。

保護功能

直通保護

6ED2742S01Q 配備了直通保護電路，可防止高端和低端開關同時導通，避免短路故障，保護電路安全。

故障報告與可編程故障清除定時器

當出現 VCC 欠壓或過流故障時，6ED2742S01Q 通過 RFE 引腳報告故障。故障發生時，RFE 引腳內部拉至 VSS，故障清除定時器啟動。故障清除時間由電容器的指數充電特性決定，通過設置 RRFE 和 CRFE 來調整。

過流保護

該功能可檢測直流母線中的過流事件，當檢測到過流時，輸出關閉，RFE 拉至 VSS。過流保護的啟動電流水平由連接在 COM 引腳和 VSS 引腳之間的分流電阻以及 ITRIP CONF 引腳配置的閾值決定。

輸入濾波器

高級輸入濾波器

可改善 HVIC 的輸入/輸出脈沖對稱性，有助于抑制噪聲尖峰和短脈沖，提高系統的抗干擾能力。

短脈沖/噪聲抑制濾波器

能保護輸入線免受短脈沖（如噪聲）的影響，當輸入信號持續時間小于 tFIL,IN 時，輸出狀態不會改變。

系統設計要點

直流母線電壓測量與浪涌電流限制器

總線電容器應足夠大，以穩定母線電壓。在電池供電應用中，連接電池組前需確保為 EVAL - 6ED2742S01QM1 板提供反極性保護和浪涌電流保護。

逆變器部分

采用 BSC074N15NS5 實現三相逆變器橋，通過 R40/R41 并聯作為單分流器進行電流傳感。

驅動電路

使用 6ED2742S01Q 的 C33（C34、C35）作為自舉電容器，提供必要的浮動電源電壓 VBS。ITRIP 輸入引腳可檢測直流母線中的過流事件，當檢測到過流時，輸出關閉，RFE 拉至 VSS 報告故障。

輔助電源

采用基于 BM0650HV 的 DC - DC 降壓轉換器提供 12 V 電源，可連接外部風扇進行強制風冷。通過線性穩壓器 IFX25001ME V33 從 12 V 電源中獲取 3.3 V 電源，為 IMC101T 控制卡和其他電路供電。

布局設計

在布局設計時，應遵循一些基本準則，如 VCC 和 VBS 旁路電容器應靠近 IC，驅動回路應盡可能小，VSS 和 COM 回路應通過在分流電阻端子直接連接來減小，兩個電流傳感走線應從分流端子開始并彼此靠近。

實際性能測試

系統設置

在測試 EVAL - 6ED2742S01QM1 時，使用定制的 BLDC 電機，測試條件為：輸入電壓 VIN = 24 VdC，相輸出電流 IPHASE = 8 Arms，室溫環境，BLDC 電機速度為 52000 r/min。

測試結果

• 輸出相電流：運行 BLDC 電機時，可觀察到三相輸出電流的波形，在開關頻率為 20 kHz 時，系統表現出良好的性能。
• 過流保護測試：當 6ED2742S01Q 的 ITRIP 引腳輸入超過 440 mV 且持續時間超過 500 納秒時，過流保護啟動，關閉柵極驅動器的輸出。在這種情況下，當峰值電流約為 24.93 A 時，過流保護功能正常觸發。為確保評估板在額定速度下運行 30 分鐘而不超過 85°C 的溫度，需在 OptiMOS? 逆變器級粘貼散熱器。

總結

EVAL - 6ED2742S01Q 評估套件為工程師們在電池供電的 BLDC 電機控制應用中提供了一個全面且可靠的解決方案。其豐富的功能、出色的保護特性和易于使用的開發工具，使得電機控制設計變得更加高效和便捷。在實際應用中，工程師們可以根據具體需求，對電路進行適當的修改和優化，以滿足不同的性能要求。你在使用類似評估套件時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。