EVAL-IMI111T評估板：高性能電機驅動解決方案

在電機驅動設計領域，一款優秀的評估板能為工程師們提供極大的便利。今天，我們就來深入了解一下Infineon的EVAL - IMI111T評估板，它是基于IMI111T系列iMOTION? IPMs的全功能入門套件，為高性能、高效率的永磁同步電機（PMSM）/無刷直流電機（BLDC）驅動應用提供了集成化的解決方案。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-IMI111T iMOTION?入門套件.pdf

一、評估板概述

1.1 適用范圍與目的

EVAL - IMI111T評估板主要用于評估IMI111T系列iMOTION? IPMs，為客戶在使用IMI111T進行應用設計的初期提供支持。它包含了IMI111T iMOTION? IPMs以及其他必要的電路，如整流器、EMI濾波器和隔離調試器等，適用于風扇、泵和壓縮機等應用場景。

1.2 版本信息

該評估板有兩種變體：EVAL - IMI111T - 026和EVAL - IMI111T - 046，主要區別在于功率IGBT的電流等級，分別為2A/600V和4A/600V。

1.3 注意事項

評估板的設計考慮了環境條件，但未經過全工作溫度范圍和壽命的安全要求、制造和操作驗證，僅進行了典型負載條件下的功能測試，不能用于可靠性測試或生產，使用時需確保符合所在國家的相關要求和標準。

二、主要特性

2.1 IMI111T系列特性

• 先進的控制算法：集成運動控制引擎（MCE），為變速驅動器提供即用型控制器解決方案；支持永磁同步電機（PMSM）的磁場定向控制（FOC）和空間矢量脈寬調制（SVPWM），具有正弦換向和集成保護功能。
• 高效的電流傳感：通過直接接口實現單分流電流傳感，支持無傳感器運行。
• 全面的保護功能：集成模擬比較器用于過流保護，具備過壓、欠壓、轉子鎖定、過溫保護以及欠壓鎖定等功能。
• 靈活的配置選項：提供兩種不同的功率IGBT選項（2A/600V、4A/600V）和兩種不同的控制器電源電壓選項（3.3V、5V），柵極驅動器采用15V電源，集成自舉二極管結構。
• 多樣的通信接口：支持UART、SPI、PWM或模擬信號等靈活的主機接口選項，用于速度命令輸入。
• 緊湊的封裝設計：采用非常緊湊的DSO22封裝。

2.2 評估板特性

• 寬輸入電壓范圍：標稱輸入電壓為110VAC - 230VAC。
• 集成的電磁兼容性：板載EMI濾波器，有效減少電磁干擾。
• 精確的電流和電壓傳感：采用單分流電流傳感配置和電壓分壓器進行直流母線電壓傳感，測量測試點與標準示波器探頭兼容。
• 便捷的調試功能：板載帶有1kV隔離的調試器，可通過USB與PC進行隔離通信。
• 其他特性：采用NTC降低浪涌電流，PCB尺寸為79.6mm x 89.6mm，2層，2oz銅，符合RoHS標準。

2.3 規格參數

三、引腳分配

3.1 IMI111T引腳說明

IMI111T共有22個引腳，每個引腳都有特定的功能，如串口收發、模擬速度參考輸入、單分流電流傳感輸入、直流母線傳感輸入等。工程師們在設計時需要根據具體需求正確連接這些引腳。

3.2 連接器引腳說明

評估板上的各個連接器（J1 - J7）也有明確的引腳定義，分別用于交流輸入、電機連接、調試通信等功能。例如，J1用于連接交流電源，J3用于連接電機的U、V、W三相。

四、系統性能

4.1 直流母線電壓測量

通過控制器的VDC引腳讀取DCBSENSE電壓，使用13.3kΩ下拉電阻，可使引腳電壓范圍為0 - 3.3V，對應直流母線電壓范圍為0 - 500V。

4.2 EMI濾波器

從交流輸入連接器J1到整流后的直流母線電壓，包含一個由CX1、CX2、L1、CY1和CY2等元件組成的無源EMI濾波器，以及整流器、NTC電阻和電容等，用于緩沖整流后的直流母線電壓。

4.3 逆變器部分

采用iMOTION? IPM的三相逆變器由六個IGBT組成，根據不同的型號（IMI111T - 026H和IMI111T - 046H）具有不同的阻斷電壓和電流能力。

4.4 輔助電源

評估板上的輔助電源電路使用LNK304直接從直流母線生成15V電壓，為iMOTION? IPM內部的柵極驅動器供電；通過線性穩壓器IFX1117MEV33從15V電源生成3.3V電壓，為控制IC供電。

4.5 電流測量和過流閾值

在單分流配置中，電阻RS1用于生成與低側功率IGBT源電流之和成正比的電壓，該電壓通過移位級進行移位后在ISS引腳測量。可以通過相關公式計算輸入電流縮放、ADC動態范圍、移位級偏移和過流比較器參考電壓。

五、熱特性

5.1 熱特性測試

在不同的PWM調制類型（3 - 相PWM調制和2 - 相PWM平底調制）、PWM頻率（4kHz - 20kHz）和電機相電流值或輸入功率條件下，對IMI111T - 026H和IMI111T - 046H進行了熱特性測試。結果表明，2 - 相PWM平底調制相比3 - 相SVPWM可降低開關損耗。

5.2 熱阻參數

通過在模塊中消耗2W功率和使用2oz銅的FR4 PCB，得到熱阻$R_{th(C - A)}$的值。

5.3 熱PCB設計

IMI111T通過引腳將功率器件的熱量傳遞到PCB，V +（17, 18）、UN（12）、VN（13）和W（14, 15）等引腳對熱性能至關重要。在兩層PCB上應盡可能優化與這些關鍵引腳連接的銅面積，以提高熱傳遞能力。

六、熱保護

IMI111T器件集成了溫度傳感器，可通過腳本引擎語言訪問器件溫度。為了實現過溫保護，評估板上的IMI111T已預加載了相應的腳本文件。當檢測到溫度達到91°C時，電機停止；當溫度降至60°C以下時，電機重啟。

七、開始使用EVAL - IMI111T

7.1 硬件連接

有兩種調試方法：使用板載調試器或外部調試器iMOTION? Link。在調試前，需要根據所選方法正確連接評估板和PC，并連接交流電源和電機。

7.2 開發工具

需要使用iMOTION? Solution Designer開發工具來設置系統、控制和微調系統性能。該工具可從Infineon的網站下載。

7.3 UART功能切換

通過跳線J2和J4的不同連接方式，可以實現UART功能和PG_OUT、DIR功能的切換。

八、PCB布局和物料清單

8.1 PCB布局

評估板的PCB布局可用于不同電壓或功率等級，為2層PCB。可聯系Infineon的技術支持團隊獲取詳細信息和最新的Gerber文件。

8.2 物料清單

完整的物料清單（BOM）可在Infineon主頁的下載部分獲取，登錄后即可下載。

九、總結

EVAL - IMI111T評估板憑借其豐富的功能、高性能的特性和便捷的調試方式，為電機驅動設計工程師提供了一個優秀的開發平臺。在使用過程中，工程師們需要充分了解其各項特性和參數，注意安全事項，以確保設計的順利進行。同時，要根據具體的應用需求，合理調整系統參數，充分發揮評估板的優勢。大家在使用這款評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。