HybridPACK? Drive G2 逆變器評估套件快速上手

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)逆變器應(yīng)用時，一款實(shí)用的評估套件能讓我們的工作事半功倍。今天就來和大家分享 Infineon 公司的 HybridPACK? Drive G2 功率模塊逆變器評估套件的快速上手經(jīng)驗(yàn)。

文件下載：Infineon Technologies HybridPACK?逆變器評估套件.pdf

一、套件概述

1.1 套件用途

該逆變器評估套件主要用于支持工程師使用 HybridPACK? Drive G2 功率模塊、EiceDriver? 柵極驅(qū)動器、Xensiv? 電流傳感器和 Aurix? 微控制器進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)。它采用了最新的 IGBT/二極管以及 SIC MOSFET 芯片技術(shù)，并且擁有開放的設(shè)計(jì)文件，方便我們進(jìn)行評估和交叉參考測試。

1.2 安全警告

需要特別注意的是，該套件在設(shè)計(jì)上使用了未受保護(hù)的高電壓，因此只能由具備足夠電氣工程培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)的人員操作。此套件僅用于評估和測試，并非商業(yè)化產(chǎn)品，不能用于批量生產(chǎn)，也不滿足汽車相關(guān)的資質(zhì)要求。

1.3 出口管制分類

該評估套件符合 3A225 出口管制分類，具體表現(xiàn)為：

• 多相輸出功率達(dá)到 40VA 或更高，其使用的 HybridPACK Drive G2 功率模塊可傳輸數(shù)百 kVA 的功率，典型應(yīng)用于 120 至 300kW 的電動汽車牽引逆變器。
• 工作頻率可達(dá) 600Hz 以上，評估套件對輸出頻率無限制，典型輸出頻率可達(dá)應(yīng)用開關(guān)頻率的 0.1 倍，設(shè)計(jì)的開關(guān)頻率在 10 至 20kHz 之間（可調(diào)節(jié)），能輕松實(shí)現(xiàn) 2000Hz 的實(shí)用輸出頻率。
• 頻率控制精度優(yōu)于 0.2%，采用 Aurix 微控制器進(jìn)行數(shù)字控制，微控制器時鐘由標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)貨晶體產(chǎn)生，室溫下典型頻率公差為 +/-15ppm，工作溫度范圍內(nèi)額外 +/-25ppm。

1.4 框圖

套件的簡化框圖展示了其發(fā)貨內(nèi)容以及典型的測試臺設(shè)置，讓我們對套件的整體架構(gòu)有了直觀的認(rèn)識。

二、評估工具及訂購信息

2.1 評估套件類型

套件有多種版本可供選擇，包括 750V/1150A IGBT 功率模塊、1200V/520A IGBT 功率模塊、750V/1mOhm SIC MOSFET 功率模塊和 1200V/2mOhm SIC MOSFET 功率模塊等版本。我們可以通過當(dāng)?shù)氐?Infineon 銷售代表，使用相應(yīng)的 SP 訂單號進(jìn)行訂購。

2.2 類型命名規(guī)則

2024 年 1 月起，評估工具的產(chǎn)品訂單名稱進(jìn)行了更改，以支持全面的類型指定樹。例如：

• EV INV HPD2 SI FS520 12：適用于 HybridPACK? Drive G2 Si 1200V 汽車功率模塊 FS520R12A7P1 和 Swoboda 相電流傳感器的逆變器評估套件。
• EV INV HPD2 SIC FS02 12：適用于 HybridPACK? Drive G2 SiC 1200V 汽車功率模塊 FS02MR12A8MA2 和 Swoboda 相電流傳感器的逆變器評估套件。

2.3 推薦實(shí)驗(yàn)室設(shè)備

為了順利進(jìn)行評估，我們需要準(zhǔn)備以下實(shí)驗(yàn)室設(shè)備：

• 低壓電源（可使用套件內(nèi)的，或 14V、2A 的電源）
• CAN 卡，推薦“Peak CAN USB”（PCAN USB opto）
• 高壓電源
• 示波器和電流探頭（根據(jù)負(fù)載情況選擇）

2.4 推薦工作條件

2.5 套件局限性

該評估套件雖然設(shè)計(jì)了一些基本的關(guān)機(jī)程序，但由于參數(shù)設(shè)置自由且實(shí)驗(yàn)室設(shè)置和環(huán)境不確定，不能將其視為受保護(hù)的系統(tǒng)。它不具備對信號連接器過壓和欠壓、12V 板載電源過壓、高壓工作電壓過壓以及 PCB 和模塊過熱等情況的保護(hù)功能。在高開關(guān)頻率測試時，特別是在高環(huán)境溫度下，可能需要對柵極驅(qū)動板進(jìn)行主動冷卻。

三、接口說明

3.1 邏輯板接口

邏輯板的接口展示了其各種連接端口，為我們后續(xù)的連接和調(diào)試提供了清晰的參考。

3.2 柵極驅(qū)動板接口（IGBT 版本）

IGBT 版本的柵極驅(qū)動板接口圖，讓我們了解了該版本的具體連接方式。

3.3 柵極驅(qū)動板接口（SIC MOSFET 版本）

SIC MOSFET 版本的柵極驅(qū)動板接口圖，與 IGBT 版本有所不同，需要我們根據(jù)實(shí)際使用的芯片類型進(jìn)行正確連接。

四、快速上手指南

4.1 逆變器負(fù)載測試典型設(shè)置

逆變器負(fù)載測試的典型設(shè)置圖顯示，對于輕負(fù)載測試和主要為無功功率的測試，通常僅通過兩個中心直流接頭提供直流電源即可。在負(fù)載測試時，建議斷開 USB 連接。

4.2 DEMO 模式（無通信逆變器操作）

要啟用 DEMO 模式，需要按照以下步驟操作：

1. 關(guān)閉所有電源。
2. 將電源連接到逆變器評估套件。
3. 插入 DEMO-ENABLE-PLUG。
4. 插入 DEMO-CONTROL-PLUG。
5. 將調(diào)制指數(shù)和輸出頻率的電位器調(diào)至低位。
6. 開啟邏輯板電源（8..18V），逆變器將在接下來的 3 秒內(nèi)啟動。
7. 開啟高壓電源（注意評估套件的限制）。
8. 逆變器開始全功率運(yùn)行，此時可以通過電位器或外部 0…5V 模擬信號控制調(diào)制指數(shù)和輸出頻率。

在 DEMO 模式下，只能調(diào)整調(diào)制指數(shù)和輸出頻率，其他參數(shù)如開關(guān)頻率、死區(qū)時間、柵極驅(qū)動器設(shè)置等均為評估套件軟件的預(yù)定義默認(rèn)值。這些默認(rèn)值可作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，但不一定是優(yōu)化參數(shù)。

4.2.1 DEMO 模式：調(diào)整調(diào)制指數(shù)

調(diào)制指數(shù)可以通過 DEMO-CONTROL-PLUG 上引腳 1 的 0..5V 模擬信號進(jìn)行調(diào)整。開始時信號必須為低電平，否則 PWM 將無法啟用。信號在 0 至 5V 之間調(diào)整時，空間矢量調(diào)制的調(diào)制指數(shù)將從 0% 線性變化到 100%。為確保平穩(wěn)運(yùn)行，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了簡單的斜坡上升和下降功能。

4.2.2 DEMO 模式：調(diào)整輸出頻率

輸出頻率的調(diào)整方式與調(diào)制指數(shù)類似，通過 DEMO-CONTROL-PLUG 上引腳 2 的 0..5V 電壓信號設(shè)置負(fù)載的輸出頻率。內(nèi)部的斜坡函數(shù)確保在新設(shè)定點(diǎn)應(yīng)用時實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡。

4.3 逆變器測試（開環(huán)模式介紹）

進(jìn)行首次測試時，需要準(zhǔn)備以下物品：

• 最新的 OneEye 工具（可從 Infineon 網(wǎng)站的開發(fā)者中心啟動器應(yīng)用程序下載）
• 逆變器評估套件的 OneEye GUI 配置文件（可在套件的 USB 棒中找到）
• 邏輯板電源（8..18V）
• 推薦使用 Peak CAN 卡（USB 連接不支持監(jiān)控評估套件的狀態(tài)）

當(dāng) CAN 連接準(zhǔn)備好后，啟動逆變器開環(huán)操作非常簡單，按照相應(yīng)的順序操作即可。OneEye GUI 還具備基本的 CAN 數(shù)據(jù)記錄器和軟件示波器功能，可用于測量與 PWM 模式同步的最相關(guān)參數(shù)，并保存數(shù)據(jù)。

4.4 逆變器套件參數(shù)調(diào)整

OneEye GUI 為我們提供了一個方便的工具來調(diào)整評估套件的參數(shù)。大多數(shù)參數(shù)可以隨時讀取，但只有在配置模式下才能將參數(shù)保存到 ECU。啟動后，新參數(shù)將用于逆變器的操作。我們可以輕松調(diào)整 PWM 頻率、死區(qū)時間、過壓關(guān)機(jī)電平、傳感器增益等參數(shù)，但需要注意的是，該套件僅用于評估目的，軟件不會檢查所應(yīng)用的參數(shù)是否會損壞評估套件。

4.5 相電流傳感器校準(zhǔn)信息

驅(qū)動板中的集成傳感器可以進(jìn)行校準(zhǔn)，最實(shí)用的校準(zhǔn)方法是使用直流電流源，按照示例中的極性連接。電流將流經(jīng)功率模塊的續(xù)流二極管，在不冷卻功率模塊的情況下可以持續(xù)幾秒鐘。如果參考傳感器與評估套件的電流傳感器讀數(shù)不匹配，可以在 OneEYE GUI 的 Configuration/DriverBoard 下調(diào)整增益參數(shù)，并保存設(shè)置。同樣的原理也適用于其他相。

五、故障排除及詳細(xì)信息

5.1 與評估套件的通信

評估套件提供了 USB 串行通信和 CAN 總線通信兩種方式。在高壓操作時，強(qiáng)烈推薦使用隔離通信（如光隔離 CAN 卡或光隔離 USB/USB 連接器）。在高負(fù)載和高電壓操作下，USB 串行連接可能會失敗，因此 CAN 總線通信是更穩(wěn)定和推薦的選擇。

5.1.1 USB 串行通信

評估套件的邏輯板可以通過 USB 迷你電纜連接到 PC。需要確保計(jì)算機(jī)安裝了 FDTI 芯片組的虛擬 COM 端口驅(qū)動程序，該驅(qū)動程序可隨 Infineon MEMTool 自動安裝，也可從制造商網(wǎng)站下載。連接和上電后，可以通過 Infineon ONEEYE 工具或其他可用的 shell 程序（如 Tera Term、Putty 等）建立連接。

5.1.2 CAN 總線通信

推薦通過 CAN 總線與評估套件的邏輯板進(jìn)行通信，評估套件的通信已使用 PEAK CAN 卡進(jìn)行測試，但其他 CAN 卡也可能適用。連接和上電后，可以通過 Infineon ONEEYE 工具（使用為 CAN 準(zhǔn)備的 GUI）建立連接。如果使用其他工具，可在相關(guān)章節(jié)中找到 CAN 消息目錄。

5.2 通過 Memtool 將軟件閃存到邏輯板

要將編譯好的軟件（.hex 文件）閃存到邏輯板，需要準(zhǔn)備以下物品：

• PC 上的最新 Memtool（可從 Infineon 網(wǎng)站下載）
• 邏輯板電源（8..18V）
• 從邏輯板到 PC 的 USB 迷你電纜

首次使用時，需要設(shè)置正確的微控制器（目標(biāo)設(shè)備），配置文件可在套件 USB 棒的文件夾中找到。按照相應(yīng)的步驟操作，即可完成軟件的閃存。

5.3 新板初始化

在 OneEye GUI 的 Configuration 中可以找到 New Board Init 結(jié)構(gòu)，按照該結(jié)構(gòu)的順序操作，板卡將使用默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行初始化，即可進(jìn)行首次測試。

5.4 提取 CAN0 消息

文檔詳細(xì)列出了邏輯板接收的 RX 消息和發(fā)送的 TX 消息的相關(guān)信息，包括 CAN ID、數(shù)據(jù)長度碼（DLC）、發(fā)送間隔、位大小、偏移量、字段和描述等，方便我們進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)監(jiān)測。

5.5 常見問題解答

如果逆變器套件顯示 Vdc 電壓、電流等的縮放比例錯誤，可能是應(yīng)用了錯誤的增益參數(shù)?？梢栽?OneEYE 工具的配置選項(xiàng)卡中檢查相應(yīng)的增益/偏移參數(shù)，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

六、參考資料及修訂歷史

文檔中提供了相關(guān)的參考應(yīng)用筆記和修訂歷史，方便我們進(jìn)一步了解套件的詳細(xì)信息和發(fā)展歷程。

總之，HybridPACK? Drive G2 逆變器評估套件為我們在逆變器設(shè)計(jì)和測試方面提供了一個很好的平臺。希望通過這篇文章，能幫助大家快速上手該套件，在實(shí)際工作中取得更好的效果。大家在使用過程中有任何問題或經(jīng)驗(yàn)，歡迎一起交流分享！