深入解析 EVAL-2ED2742S01 GM1 評(píng)估套件：助力電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

引言

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的評(píng)估套件能為工程師們節(jié)省大量時(shí)間和精力，快速驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。今天，我們就來(lái)深入探討 Infineon Technologies 的 EVAL - 2ED2742S01 GM1 評(píng)估套件，它專為電池供電應(yīng)用設(shè)計(jì)，適用于消費(fèi)和戶外電動(dòng)工具、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、電動(dòng)自行車等眾多領(lǐng)域。

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一、評(píng)估套件概述

1. 套件用途與組成

EVAL - 2ED2742S01 GM1 評(píng)估套件主要用于評(píng)估英飛凌科技的新型 160 V 半橋 SOI 柵極驅(qū)動(dòng)器 2ED2742S01G。該套件包含一個(gè)三相逆變器功率板，板上有額定 160 V 的 2ED2742S01G（采用 3 x 3 10 引腳 DFN 封裝）半橋柵極驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)六個(gè)額定 100 V 的 OptiMOS? MOSFETs IPTC015N10NM5。功率板通過(guò) M1 連接器與 iMotion? 模塊化應(yīng)用設(shè)計(jì)套件（MADK）控制卡 EVAL - M1 - 101T 相連?？刂瓶ㄓ?IMC101T - T038 iMOTION? 電機(jī)控制 IC 供電，具備先進(jìn)的電機(jī)控制引擎（MCE），無(wú)需任何編碼即可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制（FOC）。

2. 適用人群

該套件主要面向基于直流（DC）的電機(jī)（BLDC、伺服、步進(jìn)）控制系統(tǒng)工程師，他們主要設(shè)計(jì)電池供電的消費(fèi)電動(dòng)工具、戶外電動(dòng)工具、機(jī)器人系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)、電動(dòng)自行車以及小型家用電器等。

二、評(píng)估板詳情

1. 評(píng)估板用途與注意事項(xiàng)

評(píng)估板主要用于在設(shè)計(jì)過(guò)程中評(píng)估和測(cè)量特性曲線，以及檢查數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格。不過(guò)，需要注意的是，該板必須由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的電力電子工程師在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用，并遵守安全要求。同時(shí)，PCB 和輔助電路并未針對(duì)最終客戶設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，且不一定符合安全、EMI、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（如 UL、CE）要求。

2. 訂購(gòu)信息

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 整體供電與輸出

評(píng)估板 EVAL - 2ED2742S01 GM1 由 24 V 至 72 V 的直流電源供電，可提供三相輸出，為額定 48 V 直流母線電壓的 BLDC 電機(jī)提供高達(dá) 500 W（無(wú)散熱片）至 1000 W（帶散熱片）的功率。它也可以使用 24 V 至 72 V 的鋰離子電池組供電，但在連接電池組之前，必須確保為評(píng)估板提供極性反轉(zhuǎn)保護(hù)和浪涌電流保護(hù)。

2. 各功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 DC 鏈路電壓測(cè)量和浪涌電流限制器

母線電容需要足夠大以穩(wěn)定母線電壓，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 采用 OptiMOS? 5 IPTC015N10NM5 的逆變器部分

逆變器部分采用 IPTC015N10NM5 實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)三相逆變器橋，采用英飛凌的 OptiMOS? 5 N 溝道 MOSFETs。R40/ R41（并聯(lián)）作為單分流器用于電流感應(yīng)。

2.3 帶 2ED2742S01G 的驅(qū)動(dòng)電路

2ED2742S01G 的配置中，電容器 C33（C34、C35）用作自舉電容器，為高側(cè)開(kāi)關(guān)提供必要的浮動(dòng)電源電壓 VBS。由于 2ED2742S01G 集成了自舉二極管，因此無(wú)需外部自舉二極管。同時(shí)，該器件采用英飛凌的 SOI 技術(shù)設(shè)計(jì)，在電感負(fù)載應(yīng)用中能夠耐受高達(dá) 15 V（脈沖寬度高達(dá) 100 ns）的重復(fù)負(fù)瞬態(tài)電壓。

2.4 過(guò)流保護(hù)

過(guò)流電路中，為了節(jié)省分流電阻的功率損耗，通過(guò)使用兩個(gè) 20 mΩ / 2 W 的表面貼裝器件（SMD）電阻器（R40/R41）并聯(lián)，將 Rshunt 值設(shè)置為 10 mΩ，并采用低等效串聯(lián)電感（ESL）。設(shè)計(jì)中，過(guò)流保護(hù)的目標(biāo)電流（IOCP）為 25 A，ITRIP 引腳的過(guò)流閾值為 0.54 V，通過(guò)使用電阻分壓器 R19 和 R20 與 3.3 V 電源配合，在 ITRIP 引腳提供額外的 0.19 V 直流偏置電壓，以滿足 25 A 的目標(biāo)電流。計(jì)算公式為： [Iocp = frac{(V_{ITRIP +}-frac{R19}{R19 + R20} 3.3V) (R19 + R20)}{R20 * Rshunt} = 24.93A] 這里，VITRIP + 是 ITRIP 的正向閾值，典型值為 0.44V，R19 = 100Ω，R20 = 1kΩ。如果不使用 EVAL - M1 - 101T 作為控制板，則需要添加偏移電路。

2.5 輔助電源

輔助電源由基于 BM0650HV 的 DC - DC 降壓轉(zhuǎn)換器提供。12 V 直流電可連接外部風(fēng)扇（評(píng)估板未提供），以在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試期間進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷。基于 IMC101T 的 MADK 控制卡所需的 3.3 V 電源由 12 V 直流電通過(guò)線性穩(wěn)壓器 IFX25001ME V33 獲得，該 3.3 V 電源還用于為板上的不同電路（如 ITRIP 配置和 CSO 配置）提供偏置。

3. 原理圖與布局

原理圖詳細(xì)展示了功率逆變器板的電路結(jié)構(gòu)，而布局方面，文檔提供了所有四層的詳細(xì)布局圖，包括頂層、中間層和底層。同時(shí)，還給出了一些基本的布局準(zhǔn)則，如 VCC 和 VBS 旁路電容器應(yīng)靠近 IC，驅(qū)動(dòng)環(huán)路應(yīng)盡可能小，VSS 和 COM 的環(huán)路應(yīng)通過(guò)在分流電阻端子處直接連接來(lái)盡可能減小，兩個(gè)電流感應(yīng)跡線應(yīng)從分流端子開(kāi)始并彼此靠近放置等。

4. 物料清單

完整的物料清單（BOM）可在英飛凌主頁(yè)的下載部分獲取，需要登錄才能下載。文檔中列出了 EVAL - 2ED2742S01G 中使用的重要組件，包括電容器、二極管、電阻器、晶體管、連接器等。

5. 連接器細(xì)節(jié)

四、系統(tǒng)性能測(cè)試

1. 運(yùn)行 BLDC 電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)置

在特定設(shè)置下對(duì) EVAL - 2ED2742S01G 進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試條件如下：

• 輸入：VIN = 48 VdC
• 相輸出電流：IPHASE = 25 Arms
• 室溫環(huán)境
• BLDC 電機(jī)：定制，IPHS = 25A，測(cè)試轉(zhuǎn)速為 52000 r/min
• 運(yùn)行 30 分鐘后，最大散熱片溫度為 85oC，MOSFET 溫度穩(wěn)定在 100 oC

2. 輸出相電流波形

文檔展示了輕載和滿載時(shí)的電流波形，通過(guò)觀察這些波形，工程師可以了解系統(tǒng)在不同負(fù)載條件下的性能表現(xiàn)，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

五、總結(jié)與注意事項(xiàng)

1. 總結(jié)

EVAL - 2ED2742S01 GM1 評(píng)估套件為電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)全面且實(shí)用的解決方案。它集成了先進(jìn)的柵極驅(qū)動(dòng)器和 MOSFETs，具備多種保護(hù)功能和完善的電源管理系統(tǒng)，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的需求。同時(shí)，詳細(xì)的文檔資料和測(cè)試數(shù)據(jù)為工程師們的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作提供了有力支持。

2. 注意事項(xiàng)

在使用該評(píng)估套件時(shí)，務(wù)必注意安全問(wèn)題。由于其直流鏈路電位高達(dá) 160 VDC，在使用示波器測(cè)量電壓波形時(shí)，必須使用高壓差分探頭；在進(jìn)行維護(hù)工作之前，要確保母線電容器放電至安全電壓水平；同時(shí)，要注意避免靜電放電對(duì)敏感組件造成損壞等。

你對(duì) EVAL - 2ED2742S01 GM1 評(píng)估套件有什么獨(dú)特的見(jiàn)解或使用經(jīng)驗(yàn)嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流！