Renesas MCK - RA8T2電機控制評估套件：設計與應用全解析

在電子工程師的日常工作中，一款優秀的電機控制評估套件能極大地提升開發效率和質量。今天，我就來和大家詳細聊聊Renesas的MCK - RA8T2電機控制評估套件。

文件下載：Renesas Electronics MCK-RA8T2靈活電機控制套件.pdf

一、套件概述與使用預設

MCK - RA8T2是一款專門用于電機控制的評估套件，它具有諸多出色的特性。該套件支持無刷直流電機，能夠實現1 - /2 - /3 - 分流電流檢測，還支持Renesas Motor Workbench這一強大的電機控制開發支持工具，并且配備了過流檢測電路以提供過流保護功能。

在使用這份文檔時，有幾個預設條件和注意事項需要大家了解。首先，要求使用者有使用過如e2 studio這類集成開發環境（IDE）的終端仿真程序的經驗；其次，需要具備修改關于MCU和嵌入式系統的示例項目的基礎知識。另外，在使用該產品前，一定要佩戴防靜電腕帶，因為人體攜帶的靜電可能會導致設備故障或運行不穩定。同時，文檔中的所有截圖僅作參考，實際的屏幕顯示可能會因使用的軟件和開發工具版本不同而有所差異。

二、產品內容與訂購信息

MCK - RA8T2套件包含了逆變器板、CPU板、通信板、無刷直流電機、通信電纜、USB電纜、螺絲和螺柱等部件。其具體的部件編號如下：

• 逆變器板：RTK0EM0000B12020BJ
• CPU板：RTK0EMA6L0C00000BJ
• 通信板：RTK0EMXC90Z00000BJ
• 無刷直流電機：R42BLD30L3，額定電壓為36V，額定電流為1.67A

如果大家想要訂購MCK - RA8T2套件，產品編號是RTK0EMA6L0S00020BJ。

三、硬件配置與默認設置

3.1 硬件配置

3.2 跳線設置

不同板子的跳線設置各有其功能，以下是詳細介紹：

• 逆變器板：
  • JP1：2 - 3pin短接可啟用5V穩壓器，1 - 2pin短接則禁用。
  • JP2、JP3、JP4、JP6、JP12、JP13：2 - 3pin短接可啟用電流檢測放大器，1 - 2pin短接則禁用。
  • JP5、JP7、JP9、JP10、JP14、JP15：1 - 2pin短接時電流檢測放大器增益為20，開路時增益為10。
  • JP8、JP11：1 - 2pin短接支持2/3分流電流檢測，2 - 3pin短接支持1分流電流檢測。
• CPU板：
  • JP1：用于Ether CAT ID設置。
  • JP2：控制板載調試器的連接。
  • JP3：啟用或禁用板載調試器。
  • JP4：設置RA8T2的工作模式。
  • JP5：決定是否繞過D3。
  • JP6：設置USB_VBUS信號。
  • JP7：選擇USB + 5V電源。
• 通信板：
  • JP1：1 - 2pin短接啟用MD端口上拉，開路則禁用。
  • JP2：1 - 2pin短接禁用GPIO(PC6)上拉，開路則啟用。
  • JP3：1 - 2pin短接禁用GPIO(PC5)上拉，開路則啟用。

3.3 硬件設置

3.3.1 板連接

在進行電機控制評估時，需要按照特定方式連接各板子。要注意CPU板和逆變器板之間的連接器連接較緊，在連接和斷開時要小心，避免引腳彎曲。RA8T2 CPU板最多支持雙電機控制，如果準備了額外的逆變器板和電機，可以按照相應的連接方式進行連接。

3.3.2 電源供應

該套件有三種電源供應方式：

• 從DC插孔供電：使用交流適配器等通過逆變器板上的DC插孔（J1）供電，兼容插頭外徑為5.5mm，內徑為2.1mm，極性為中心正極，輸入電壓范圍為12 - 48V。
• 從端子塊供電：使用直流穩壓電源等通過逆變器板的端子塊（CN1）供電，極性需遵循板上的絲印指示（“+”，“ - ”），輸入電壓范圍同樣為12 - 48V。
• 從USB連接器供電：通過CPU板上的USB Type - C連接器提供5V電源，建議使用能夠輸出1A以上電流的USB適配器，以確保電機能夠充分驅動。

此外，也可以同時從CPU板的USB連接器和逆變器板的DC插孔或端子塊供電。在這種情況下，3.3V的MCU驅動電壓和柵極驅動器驅動電壓由5V的USB電源生成，而電機驅動電壓則由DC插孔或端子塊提供。

四、各板功能詳解

4.1 逆變器板

4.1.1 功能

• 逆變器控制電路塊：通過6個功率MOSFET控制電機，其輸出的直流母線電壓、U、V和W相電壓以及分流電流可連接到連接器（CN3，CN4），通過CPU卡上的MCU的A/D輸入可以測量這些電壓和電流的模擬值。
• 電流檢測電路：使用各相的分流電阻測量U、V和W相的電流，通過電流檢測放大器將分流電阻上的電壓降放大輸出。默認增益為20x，可通過設置JP5、JP7、JP9、JP10、JP14和JP15為開路將增益改為10x。通過切換JP8和JP11到2 - 3pin短路，可支持1分流電流檢測。
• 過流檢測電路：當檢測到過流時，OC_INV_OUT信號將從HIGH變為LOW，可通過監測該信號并設置柵極驅動器的PWM信號為LOW或Hi - Z來保護板子和電機。
• 輸出電壓檢測電路：通過電阻分壓器將母線電壓和三相輸出電壓輸入到微控制器的AD引腳，其檢測電壓與輸入電壓的關系可通過特定公式計算。
• 電壓生成電路：通過升壓轉換器從5V電源生成柵極驅動器電壓（原理圖中為“+12V”）。如果CPU板未提供5V電源，逆變器板上的降壓轉換器可從DC插孔或端子塊輸入的12 - 48V電壓生成5V電源。
• LED、開關和可變電阻：逆變器板上有3個可由用戶控制的LED，其開關狀態由引腳狀態控制；還有一個撥動開關和一個按鈕開關，其引腳電壓由開關狀態控制；可變電阻（VR1）的端子電壓可通過旋轉改變。

4.1.2 引腳分配

逆變器板的引腳分配詳細規定了各引腳的功能，如CPU板連接器（CN3）和（CN4）、霍爾傳感器信號輸入連接器（CN6）以及編碼器/感應位置傳感器信號輸入連接器（CN5）等，這些引腳分配確保了與其他板子的正確連接和信號傳輸。

4.2 CPU板

4.2.1 功能

• 電源供應：當未連接逆變器板時，從USB連接器（CN13）供電；連接逆變器板時，會自動選擇USB電源或逆變器板電源，且USB電源優先。
• 板載調試器：配備J - Link On - Board（J - Link - OB）調試器電路，可用于寫入RA8T2的程序（固件）。使用時，需打開JP3并通過USB電纜將CPU板上的USB連接器（CN13）連接到PC，將調試器類型設置為“J - Link”。
• J - Link虛擬COM端口：支持J - Link虛擬COM端口，通過USB連接器（CN13）連接到PC后，可使用虛擬COM端口。
• RA8T2 USB接口：有一個用于RA8T2的USB全速模塊的USB連接器（CN18）。
• 逆變器板連接器：最多可連接2個逆變器板，不同的逆變器板通過不同的連接器（CN1 - CN4）連接，各連接器的引腳分配明確規定了與逆變器板的信號傳輸和控制。
• 串行通信：為使用Renesas Motor Workbench進行串行通信，CPU板配備了SCI連接器，其引腳分配確保了與其他設備的串行通信。
• 復位電路：具有復位電路，可通過按下復位開關（S1）對MCU進行外部復位。
• LED：有6個可控制的LED，用于程序調試和系統指示，其開關狀態由相應端口的輸出控制。
• 其他功能：還具備CAN通信、Pmod模塊連接、RS - 485通信、DSMIF和Ether CAT等功能，各功能的連接器引腳分配都有詳細說明。

4.2.2 RA8T2引腳功能列表

詳細列出了RA8T2各引腳的布局、功能和對應的信號功能，這對于進行電路設計和信號處理非常重要。

4.3 通信板

4.3.1 功能

• 電源供應：通過USB連接器提供5V電源。
• USB通信：配備USB Type - C連接器，用于與PC進行通信，例如在使用Renesas Motor Workbench時。
• 串行通信：有兩個SCI連接器，用于與目標MCU進行串行通信，其引腳分配確保了通信的正常進行。并且串行通信連接器和MCU（RX72N）通過數字隔離器連接，實現了通信板和目標MCU所在CPU板的隔離。

五、設計與支持信息

如果大家想獲取關于該產品設計和制造的信息，可以訪問renesas.com。同時，為了學習、下載工具和文檔以及申請RA系列MCU及其套件的技術支持，可以訪問以下網站：

• RA產品信息：renesas.com/ra
• Renesas支持：renesas.com/support

總的來說，Renesas的MCK - RA8T2電機控制評估套件功能豐富、配置靈活，為電機控制開發提供了強大的支持。大家在實際使用過程中，一定要仔細閱讀文檔，根據具體需求進行硬件配置和跳線設置，以充分發揮該套件的優勢。不知道大家在使用類似套件時有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區留言分享。