HybridPACK? Drive G2 逆變器評估套件快速上手

作為電子工程師，在設計逆變器應用時，一款實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驗。

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? 柵極驅動器、Xensiv? 電流傳感器和 Aurix? 微控制器進行應用設計。它采用了最新的 IGBT/二極管以及 SIC MOSFET 芯片技術，并且擁有開放的設計文件，方便我們進行評估和交叉參考測試。

1.2 安全警告

需要特別注意的是，該套件在設計上使用了未受保護的高電壓，因此只能由具備足夠電氣工程培訓和經驗的人員操作。此套件僅用于評估和測試，并非商業(yè)化產品，不能用于批量生產，也不滿足汽車相關的資質要求。

1.3 出口管制分類

該評估套件符合 3A225 出口管制分類，具體表現為：

• 多相輸出功率達到 40VA 或更高，其使用的 HybridPACK Drive G2 功率模塊可傳輸數百 kVA 的功率，典型應用于 120 至 300kW 的電動汽車牽引逆變器。
• 工作頻率可達 600Hz 以上，評估套件對輸出頻率無限制，典型輸出頻率可達應用開關頻率的 0.1 倍，設計的開關頻率在 10 至 20kHz 之間（可調節(jié)），能輕松實現 2000Hz 的實用輸出頻率。
• 頻率控制精度優(yōu)于 0.2%，采用 Aurix 微控制器進行數字控制，微控制器時鐘由標準現貨晶體產生，室溫下典型頻率公差為 +/-15ppm，工作溫度范圍內額外 +/-25ppm。

1.4 框圖

套件的簡化框圖展示了其發(fā)貨內容以及典型的測試臺設置，讓我們對套件的整體架構有了直觀的認識。

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。我們可以通過當地的 Infineon 銷售代表，使用相應的 SP 訂單號進行訂購。

2.2 類型命名規(guī)則

2024 年 1 月起，評估工具的產品訂單名稱進行了更改，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 推薦實驗室設備

為了順利進行評估，我們需要準備以下實驗室設備：

• 低壓電源（可使用套件內的，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（根據負載情況選擇）

2.4 推薦工作條件

2.5 套件局限性

該評估套件雖然設計了一些基本的關機程序，但由于參數設置自由且實驗室設置和環(huán)境不確定，不能將其視為受保護的系統(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功能。在高開關頻率測試時，特別是在高環(huán)境溫度下，可能需要對柵極驅動板進行主動冷卻。

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)的連接和調試提供了清晰的參考。

3.2 柵極驅動板接口（IGBT 版本）

IGBT 版本的柵極驅動板接口圖，讓我們了解了該版本的具體連接方式。

3.3 柵極驅動板接口（SIC MOSFET 版本）

SIC MOSFET 版本的柵極驅動板接口圖，與 IGBT 版本有所不同，需要我們根據實際使用的芯片類型進行正確連接。

四、快速上手指南

4.1 逆變器負載測試典型設置

逆變器負載測試的典型設置圖顯示，對于輕負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. 將調制指數和輸出頻率的電位器調至低位。
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行，此時可以通過電位器或外部 0…5V 模擬信號控制調制指數和輸出頻率。

在 DEMO 模式下，只能調整調制指數和輸出頻率，其他參數如開關頻率、死區(qū)時間、柵極驅動器設置等均為評估套件軟件的預定義默認值。這些默認值可作為系統(tǒng)設計的起點，但不一定是優(yōu)化參數。

4.2.1 DEMO 模式：調整調制指數

調制指數可以通過 DEMO-CONTROL-PLUG 上引腳 1 的 0..5V 模擬信號進行調整。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 之間調整時，空間矢量調制的調制指數將從 0% 線性變化到 100%。為確保平穩(wěn)運行，內部實現了簡單的斜坡上升和下降功能。

4.2.2 DEMO 模式：調整輸出頻率

輸出頻率的調整方式與調制指數類似，通過 DEMO-CONTROL-PLUG 上引腳 2 的 0..5V 電壓信號設置負載的輸出頻率。內部的斜坡函數確保在新設定點應用時實現平穩(wěn)過渡。

4.3 逆變器測試（開環(huán)模式介紹）

進行首次測試時，需要準備以下物品：

• 最新的 OneEye 工具（可從 Infineon 網站的開發(fā)者中心啟動器應用程序下載）
• 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 CAN 連接準備好后，啟動逆變器開環(huán)操作非常簡單，按照相應的順序操作即可。OneEye GUI 還具備基本的 CAN 數據記錄器和軟件示波器功能，可用于測量與 PWM 模式同步的最相關參數，并保存數據。

4.4 逆變器套件參數調整

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

4.5 相電流傳感器校準信息

驅動板中的集成傳感器可以進行校準，最實用的校準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不匹配，可以在 OneEYE GUI 的 Configuration/DriverBoard 下調整增益參數，并保存設置。同樣的原理也適用于其他相。

五、故障排除及詳細信息

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。需要確保計算機安裝了 FDTI 芯片組的虛擬 COM 端口驅動程序，該驅動程序可隨 Infineon MEMTool 自動安裝，也可從制造商網站下載。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行通信，評估套件的通信已使用 PEAK CAN 卡進行測試，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 準備的 GUI）建立連接。如果使用其他工具，可在相關章節(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，需要準備以下物品：

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

首次使用時，需要設置正確的微控制器（目標設備），配置文件可在套件 USB 棒的文件夾中找到。按照相應的步驟操作，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 結構，按照該結構的順序操作，板卡將使用默認參數進行初始化，即可進行首次測試。

5.4 提取 CAN0 消息

文檔詳細列出了邏輯板接收的 RX 消息和發(fā)送的 TX 消息的相關信息，包括 CAN ID、數據長度碼（DLC）、發(fā)送間隔、位大小、偏移量、字段和描述等，方便我們進行通信和數據監(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，可能是應用了錯誤的增益參數?？梢栽?OneEYE 工具的配置選項卡中檢查相應的增益/偏移參數，并根據需要進行調整。

六、參考資料及修訂歷史

文檔中提供了相關的參考應用筆記和修訂歷史，方便我們進一步了解套件的詳細信息和發(fā)展歷程。

總之，HybridPACK? Drive G2 逆變器評估套件為我們在逆變器設計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驗，歡迎一起交流分享！