EVAL-IMI111T評(píng)估板：高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的評(píng)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(píng)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(jī)（PMSM）/無刷直流電機(jī)（BLDC）驅(qū)動(dòng)應(yīng)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(píng)估板概述

1.1 適用范圍與目的

EVAL - IMI111T評(píng)估板主要用于評(píng)估IMI111T系列iMOTION? IPMs，為客戶在使用IMI111T進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)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(diào)試器等，適用于風(fēng)扇、泵和壓縮機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)景。

1.2 版本信息

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

1.3 注意事項(xiàng)

評(píng)估板的設(shè)計(jì)考慮了環(huán)境條件，但未經(jīng)過全工作溫度范圍和壽命的安全要求、制造和操作驗(yàn)證，僅進(jìn)行了典型負(fù)載條件下的功能測(cè)試，不能用于可靠性測(cè)試或生產(chǎn)，使用時(shí)需確保符合所在國家的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

二、主要特性

2.1 IMI111T系列特性

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

2.2 評(píng)估板特性

• 寬輸入電壓范圍：標(biāo)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(jìn)行直流母線電壓傳感，測(cè)量測(cè)試點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭兼容。
• 便捷的調(diào)試功能：板載帶有1kV隔離的調(diào)試器，可通過USB與PC進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。

2.3 規(guī)格參數(shù)

三、引腳分配

3.1 IMI111T引腳說明

IMI111T共有22個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能，如串口收發(fā)、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?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)具體需求正確連接這些引腳。

3.2 連接器引腳說明

評(píng)估板上的各個(gè)連接器（J1 - J7）也有明確的引腳定義，分別用于交流輸入、電機(jī)連接、調(diào)試通信等功能。例如，J1用于連接交流電源，J3用于連接電機(jī)的U、V、W三相。

四、系統(tǒng)性能

4.1 直流母線電壓測(cè)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(duì)應(yīng)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(gè)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(gè)IGBT組成，根據(jù)不同的型號(hào)（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(píng)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(nèi)部的柵極驅(qū)動(dòng)器供電；通過線性穩(wěn)壓器IFX1117MEV33從15V電源生成3.3V電壓，為控制IC供電。

4.5 電流測(cè)量和過流閾值

在單分流配置中，電阻RS1用于生成與低側(cè)功率IGBT源電流之和成正比的電壓，該電壓通過移位級(jí)進(jìn)行移位后在ISS引腳測(cè)量。可以通過相關(guān)公式計(jì)算輸入電流縮放、ADC動(dòng)態(tài)范圍、移位級(jí)偏移和過流比較器參考電壓。

五、熱特性

5.1 熱特性測(cè)試

在不同的PWM調(diào)制類型（3 - 相PWM調(diào)制和2 - 相PWM平底調(diào)制）、PWM頻率（4kHz - 20kHz）和電機(jī)相電流值或輸入功率條件下，對(duì)IMI111T - 026H和IMI111T - 046H進(jìn)行了熱特性測(cè)試。結(jié)果表明，2 - 相PWM平底調(diào)制相比3 - 相SVPWM可降低開關(guān)損耗。

5.2 熱阻參數(shù)

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(shè)計(jì)

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(duì)熱性能至關(guān)重要。在兩層PCB上應(yīng)盡可能優(yōu)化與這些關(guān)鍵引腳連接的銅面積，以提高熱傳遞能力。

六、熱保護(hù)

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(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)，評(píng)估板上的IMI111T已預(yù)加載了相應(yīng)的腳本文件。當(dāng)檢測(cè)到溫度達(dá)到91°C時(shí)，電機(jī)停止；當(dāng)溫度降至60°C以下時(shí)，電機(jī)重啟。

七、開始使用EVAL - IMI111T

7.1 硬件連接

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

7.2 開發(fā)工具

需要使用iMOTION? Solution Designer開發(fā)工具來設(shè)置系統(tǒng)、控制和微調(diào)系統(tǒng)性能。該工具可從Infineon的網(wǎng)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(shí)現(xiàn)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(píng)估板的PCB布局可用于不同電壓或功率等級(jí)，為2層PCB。可聯(lián)系Infineon的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)獲取詳細(xì)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(jié)

EVAL - IMI111T評(píng)估板憑借其豐富的功能、高性能的特性和便捷的調(diào)試方式，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的開發(fā)平臺(tái)。在使用過程中，工程師們需要充分了解其各項(xiàng)特性和參數(shù)，注意安全事項(xiàng)，以確保設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。同時(shí)，要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，充分發(fā)揮評(píng)估板的優(yōu)勢(shì)。大家在使用這款評(píng)估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。