EVAL - IKA15N65ET6評估板：助力電機控制設(shè)計的利器

在電機控制和高功率電子轉(zhuǎn)換器的設(shè)計領(lǐng)域，一款性能出色的評估板能為工程師們的研發(fā)工作帶來極大的便利。今天，我們就來詳細(xì)探討一下英飛凌（Infineon）的EVAL - IKA15N65ET6評估板，看看它在設(shè)計和應(yīng)用方面有哪些值得關(guān)注的亮點。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-IKA15N65ET6評估板.pdf

評估板概述

EVAL - IKA15N65ET6評估板專為支持永磁同步電機（PMSM）或無刷直流電機的應(yīng)用設(shè)計而開發(fā)，適用于如泵、風(fēng)扇、洗衣機、通用驅(qū)動器和功率高達(dá)1.2 kW的電動工具等設(shè)備。該評估板配備了來自iMOTION?、TRENCHSTOP?和CoolSET?產(chǎn)品系列的最新組件，為電機控制和功率轉(zhuǎn)換提供了強大的支持。

主要組件及功能

1. iMOTION? IMD112T - 6F040智能驅(qū)動器：作為電機控制器，它屬于IM110 - 6系列高度集成的IC，用于控制變速驅(qū)動器。集成了電機控制器、高壓三相柵極驅(qū)動器和電壓調(diào)節(jié)器，通過運動控制引擎（MCE）為永磁同步電機（PMSM）提供了即用型控制解決方案，同時集成的腳本引擎讓用戶在不干擾電機和PFC控制算法的情況下實現(xiàn)應(yīng)用靈活性。
2. TRENCHSTOP? IGBT和功率二極管：TRENCHSTOP? IGBT IKWH30N65WR6和功率硅二極管IDW30E65D1執(zhí)行升壓PFC功能。TRENCHSTOP? 5 WR6系列離散器件具有低損耗特性，增加的爬電距離和電氣間隙使系統(tǒng)設(shè)計更可靠。
3. TRENCHSTOP? IGBT6 IKA15N65ET6：應(yīng)用于三相兩電平逆變器中，TRENCHSTOP? IGBT6系列產(chǎn)品針對從低功率到高功率的主要家用電器（MHA）驅(qū)動應(yīng)用。
4. CooSET? TLI4971霍爾傳感器：用于PFC和逆變器電流檢測，該傳感器采用英飛凌成熟且強大的單片霍爾技術(shù)，能實現(xiàn)高精度、高線性度的電流測量，避免了開環(huán)傳感器常見的飽和和滯后等負(fù)面影響，還具備內(nèi)部自診斷功能。
5. 輔助電源：使用ICE5GR4780AG控制器，為內(nèi)部電路提供15V、3.3V和5V的輔助電壓。ICE5GR4780AG是CoolSET?系列的第五代固定頻率集成功率IC，采用共源共柵配置優(yōu)化離線開關(guān)模式電源，具有快速啟動、低EMI、高效能和多種保護(hù)功能等特點。

評估板的使用注意事項

在使用EVAL - IKA15N65ET6評估板時，需要特別注意以下安全事項：

1. 高壓測量：測量電壓波形時，必須使用高壓差分探頭，因為直流母線電位高達(dá)1000 VDC，否則可能導(dǎo)致人身傷害或死亡。
2. 電容放電：評估板包含直流母線電容器，主電源移除后需要時間放電。在對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行操作前，需等待五分鐘讓電容器放電至安全電壓水平，顯示屏LED變暗并不表示電容器已放電至安全水平。
3. 熱管理：測試期間，評估板的散熱器和器件表面可能會變熱，處理時需采取必要的預(yù)防措施，以免造成傷害。
4. 靜電防護(hù)：評估板包含對靜電放電（ESD）敏感的部件和組件，在安裝、測試、維修或修理組件時，需要采取靜電控制預(yù)防措施，否則可能導(dǎo)致組件損壞。

系統(tǒng)設(shè)置與使用

要運行基于EVAL - IKA15N65ET6評估板的電機系統(tǒng)，需要使用iMOTION? PC軟件工具M(jìn)CEWizard和MCEDesigner進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置和性能微調(diào)。

MCEWizard設(shè)置

MCEWizard根據(jù)實數(shù)輸入定義控制增益、限制和故障級別，并將其轉(zhuǎn)換為基于硬件和控制限制設(shè)置的參數(shù)計數(shù)，同時將參數(shù)和變量比例因子導(dǎo)出到MCEDesigner。用戶可以根據(jù)是否擁有評估設(shè)計套件“MCEWizard配置文件”選擇不同的操作步驟：

• 有配置文件：只需點擊“打開系統(tǒng)配置文件”按鈕，更改測試電機的參數(shù)。
• 無配置文件：依次點擊“文件” - “創(chuàng)建系統(tǒng)配置文件”，選擇IMD112T設(shè)備，點擊“確定”返回歡迎頁面，選擇“專家用戶自定義設(shè)計”，然后點擊“下一步”回答有關(guān)硬件設(shè)計和電機參數(shù)的問題。

完成所有問題回答后，點擊“計算”和“導(dǎo)出到設(shè)計器文件（.txt）”按鈕保存參數(shù)文件。

MCEDesigner設(shè)置

MCEDesigner用于編程代碼和調(diào)整評估板。安裝后，通過以下步驟進(jìn)行設(shè)置：

1. 雙擊桌面上的快捷方式打開MCEDesigner。
2. 打開IMD112T智能驅(qū)動器的默認(rèn)配置文件（.irc）。
3. 在“性能 > 連接”彈出窗口中選擇可用的COM端口。

然后將固件（.ldf文件）和參數(shù)（.txt文件）編程到閃存中，編程完成后，系統(tǒng)即可運行電機，用戶可以通過點擊綠色或紅色交通燈啟動或停止電機，并查看相電流、電機速度等寄存器值的波形。

固件版本更新

如果在MCEDesigner工具中出現(xiàn)固件和寄存器映射版本不兼容的彈出窗口，用戶只需關(guān)閉窗口，重新編程所需的固件。若要使用最新固件，可從英飛凌網(wǎng)站下載最新版本，然后打開最新的MCEDesigner .irc文件并重新編程最新的固件（.ldf文件）。

霍爾傳感器TLI4971編程

評估板使用兩個TLI4971霍爾傳感器進(jìn)行電流檢測，傳感器配置為單端模式，電流檢測范圍為±25 A。若要更改傳感器配置，可使用從英飛凌網(wǎng)站下載的GUI軟件進(jìn)行重新編程，同時需要使用電流檢測工具箱編程器進(jìn)行EEPROM編程。

硬件描述

電機控制器

iMOTION? IMD112T - 6F040智能驅(qū)動器作為電機控制器，其PWM輸出內(nèi)部連接到柵極驅(qū)動器輸入，兩個控制器數(shù)字引腳連接到柵極驅(qū)動器的使能輸入和故障輸出。集成的電壓調(diào)節(jié)器為控制器提供5V電源，并可與柵極驅(qū)動器共享15V電源軌。

功率因數(shù)校正（PFC）

評估板采用升壓PFC功能，由TRENCHSTOP? 5 WR6 IGBT IKWH30N65WR6和硅功率二極管IDW30E65D1實現(xiàn)。PFC功能可減少無功功率，使電源輸入電流與市電電壓同步，提高功率因數(shù)。

三相功率級

三相兩電平逆變器由TRENCHSTOP? IKA15N65ET6構(gòu)建，安裝在與PFC級共用的散熱器上。IKA15N65ET6的關(guān)鍵性能參數(shù)為 $V{CE}=650 V$，$I{c}=15 A$，采用PG - TO220 - 3 FP封裝。

電流檢測

TLI4971霍爾傳感器用于PFC和逆變器電流檢測，提供非接觸式、電氣隔離的測試方式，具有高精度和良好的線性度。

輔助電源

輔助電源使用ICE5GR4780AG控制器，通過固定頻率反激拓?fù)鋸闹绷髂妇€生成15V和6V電壓，再由線性電壓調(diào)節(jié)器IFX1117ME V33生成3.3V電壓。

PCB布局

評估板的PCB默認(rèn)有兩個35 μm銅厚的電氣層，尺寸為178mm x 125 mm，厚度為1.6 mm。其布局可用于不同電壓或功率等級的應(yīng)用。

系統(tǒng)性能評估結(jié)果

輔助電源測試

輔助電源輸出的15V電壓為14.89V（±1V），3.3V電壓為3.302V（±5%），5V電壓為4.997V（±5%），滿足規(guī)格要求。

PFC測試

在不同輸入電壓和負(fù)載條件下進(jìn)行測試，功率因數(shù)（PF）大于0.9，輸入電流總諧波失真（iTHD）小于3%（滿載，220V輸入），表明PFC功能表現(xiàn)良好。

逆變器測試

逆變器輸出功率（$P_{out}$）可達(dá)1200W，在1200W負(fù)載下電機相電流為5 Arms，MCE跟蹤噪聲在靜態(tài)時小于15 cnts。

dv/dt測試

逆變器的dv/dt小于5 V/ns，滿足規(guī)格要求，表明在開關(guān)過程中具有較好的電壓變化率控制。

保護(hù)測試

• 逆變器短路/過流保護(hù)：在逆變器輸出U、V端用1m導(dǎo)線短路并啟動電機時，能正確保護(hù)，MCEDesigner電機顯示柵極關(guān)斷故障紅旗。
• PFC過流保護(hù)：當(dāng)電流達(dá)到30A（設(shè)定的OCD1閾值為1.2倍縮放）時，OCD1輸出被拉低，觸發(fā)保護(hù)。

NTC特性測試

通過測量NTC上的電壓，可以得到PFC IGBT外殼溫度的對應(yīng)關(guān)系，為熱管理提供參考。

總結(jié)

EVAL - IKA15N65ET6評估板集成了多種先進(jìn)的組件和功能，為電機控制和功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了全面的解決方案。在使用過程中，嚴(yán)格遵守安全注意事項，合理利用iMOTION?軟件工具進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置和性能調(diào)整，能夠充分發(fā)揮評估板的優(yōu)勢，為電機系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)提供有力支持。各位工程師在實際應(yīng)用中，不妨根據(jù)具體需求對評估板進(jìn)行進(jìn)一步的測試和優(yōu)化，探索更多的應(yīng)用可能性。你在使用類似評估板時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。