EVAL - M1 - IM523評估板：助力電機驅動應用設計

在電機驅動應用設計領域，一款性能優(yōu)良且易于使用的評估板能為工程師們節(jié)省大量時間和精力。今天，我們就來詳細探討一下英飛凌（Infineon）的EVAL - M1 - IM523評估板，它是iMOTION?模塊化應用設計套件（MADK）的一部分，為電機驅動應用提供了強大的支持。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-M1-IM523 評估板.pdf

評估板概述

EVAL - M1 - IM523評估板專為主要家用電器（如空調、泵、風扇等變速驅動器）的電機驅動應用設計提供初始支持。它基于IM523 - X6A CIPOS? Mini智能功率模塊（IPM），與配備M1 20針接口連接器的控制板（如EVAL - M1 - 101T）配合使用，展示了英飛凌CIPOS? Mini IPM技術和先進的運動控制引擎（MCE 2.0）技術。

主要特性

• 寬輸入電壓范圍：支持85 VAC至255 VAC的輸入電壓，能適應不同的電源環(huán)境。在110 VAC輸入時，PWM頻率為15 kHz，輸入電流3 Arms，輸出功率約500 W；在220 VAC輸入時，PWM頻率同樣為15 kHz，輸入電流5.5 Arms，輸出功率約900 W。
• 完善的保護機制：具備浪涌電流限制器用于電路保護，還有過流硬件保護和過溫保護功能，能有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 豐富的輔助功能：板載EMI濾波器可減少電磁干擾，輔助電源提供15 V和5.0 V的電壓輸出。同時，還能實現直流母線電壓的感應、熱敏電阻輸出以及溫度控制的冷卻風扇速度調節(jié)。
• 合理的PCB設計：PCB尺寸為160 mm × 115 mm，兩層1 oz.銅，并且符合RoHS標準。

關鍵數據

系統(tǒng)功能與使用步驟

系統(tǒng)搭建與啟動

要運行電機系統(tǒng)，需要將EVAL - M1 - IM523評估板與匹配的MADK控制板（如EVAL - M1 - 101T）組合使用。首先，需要使用iMOTION?軟件工具（MCEDesigner和MCEWizard）進行初始系統(tǒng)設置，這些工具可從英飛凌網站下載。

具體步驟如下：

1. 連接EVAL - M1 - 101T控制板到EVAL - M1 - IM523評估板，并將PC USB連接器連接到EVAL - M1 - 101T控制板。
2. 連接220 V AC電源和UVW輸出到電機。
3. 在MCEWizard中輸入目標電機的系統(tǒng)和運行參數以及評估板的硬件參數，用于計算控制器的數字參數集。
4. 設置完參數后，進入Verify & Save頁面，點擊Calculate Parameters。若無誤，點擊Export to MCEDesigner file (.txt)保存驅動參數集；若有錯誤，需調整參數。
5. 打開220 V AC電源，LED 1和2變紅。
6. 啟動MCEDesigner工具，打開IMC101T設備的默認配置文件（.irc）。
7. 若MCEDesigner無法自動連接到EVAL - M1 - 101T板，需更改COM端口。
8. 若IMC101T為空白IC，需按照特定步驟將固件和參數文件編程到iMOTION?控制IC的內部閃存中。

電機性能調試

編程完成后，還需要進行一系列調試工作來確保電機性能達到最佳。

• 電流波形調整：雙擊VF Diagnostic功能，用示波器監(jiān)測電機電流。若電流不是正弦波，需更改目標速度和Vd_Ext，直到示波器顯示穩(wěn)定的正弦電流，且幅度為電機額定電流的30 - 50%。
• 電流反饋監(jiān)測：打開System Page > Monitor Definitions，雙擊Iu & Iv_Slow。若電機電流反饋不干凈或不是正弦波，需在MCEWizard中調整Gating Propagation Delay & Phase Shift Window Size。
• 參數驗證：VF Diagnostic子功能可驗證電機連接、IGBT/MOS和柵極驅動器工作情況、電流感應相關參數配置以及PCB布局和直流母線去耦是否正確。
• 電機啟動與方向調整：完成VF Diagnostic后，點擊STOP停止PWM，再點擊綠色交通燈按鈕或雙擊Start Motor子功能啟動電機。若電機旋轉方向錯誤，可調整UVW連接順序或在MCEDesigner中設置負目標速度。
• Flx_M參數優(yōu)化：將目標速度設置為最大速度的50%，啟動Iu & Flx_M跟蹤。若Flx_M不穩(wěn)定、有噪聲或偏離2048，需分別檢查電機參數、速度環(huán)PI增益、磁通估計器時間常數、PLL PI帶寬、電流反饋以及硬件和VDC相關參數，并進行相應調整。

系統(tǒng)設計解析

EMI濾波器和軟啟動電路

從AC輸入連接器X1到整流后的直流母線電壓的電路包含一個無源EMI濾波器（由X、Y電容器和共模電感組成）、一個10 A/600 V整流橋D3、一個F1保險絲、一個PTC電阻和一個RY1繼電器。繼電器用于軟啟動和降低穩(wěn)態(tài)下的傳導損耗。

逆變器部分

逆變器部分采用CIPOS? Mini IPM實現，該模塊結合了優(yōu)化的反向導通IGBT Gen 2（RCD2）和行業(yè)基準的穩(wěn)健半橋驅動器。還提供了分流電阻部分，可通過OPAMP設置過流水平。同時，有三個電容器C3、C6和C8作為自舉電容器，提供必要的浮動電源電壓。

輔助電源

輔助電源電路基于英飛凌的CoolSET? 5（ICE5GR4780AG）和反激拓撲，直接輸出15 V和6 V。線性穩(wěn)壓器TLE42744DV50從6 V電源生成5.0 V電源，用于逆變器的外部過流比較器電路。VCC和5.0 V電源也通過20針iMOTION? MADK - M1接口連接器為控制板上的電路供電。

布局與物料清單

評估板采用兩層140 μm銅（1 oz.）設計，尺寸為160 mm x 115 mm，PCB厚度為1.6 mm。完整的物料清單可從英飛凌網站下載，包含了各種電容、電阻、二極管、繼電器、變壓器等關鍵元件的詳細信息。

系統(tǒng)性能測試

輔助電源和浪涌電流測試

在25°C環(huán)境溫度下測試，15V和5V電源在85 - 255 Vc輸入范圍內正常工作，最大浪涌電流為6.8 pk。5V建立時間在15V建立后5.4 ms，輔助電源在最小50 Vc輸入時啟動，在31 V Voc_BUS電壓時關閉。

DC母線電容和DC紋波測試

在不同輸入電壓和輸出功率下測試，220 V輸入、5.5 Arms相電流輸出時，Voc母線電壓紋波比為4.93%；110 VAC輸入時，紋波比為9.17%，均滿足紋波比小于10%的要求。

電流輸出能力和熱測試

在不同PWM頻率和負載下測試，評估板在220 Vac輸入、15 kHz PWM和937 W輸入功率下表現良好，在110 V輸入時，由于較高的母線電壓紋波和輸入線電流，輸出功率可達500 W。同時，測試了不同條件下的IPM外殼溫度，確保系統(tǒng)在安全溫度范圍內運行。

過壓和欠壓保護測試

過壓和欠壓保護閾值分別設置為340 V（2697 counts）和100 V（793 counts），當DC母線電壓超過或低于閾值（±3 V）時，系統(tǒng)能正常關閉，保護功能正常工作。

過溫保護測試

過溫閾值電壓設置為3.4 V，對應105 ± 3°C的IPM外殼溫度。無論是iMOTION軟件的過溫保護還是板載硬件的過溫保護，都能使電機停止運行，系統(tǒng)按預期停止。

過流測試

軟件過流保護在4.21 Apeak相電流時使電機停止，并在MCEDesigner故障標志中報告過流故障；硬件過流保護閾值設置為9 A，比較器在10.1 A時觸發(fā)，過流保護功能正常。

直流電流反饋測試

不使用板上的外部放大器，電流反饋信號直接發(fā)送到MCU AD輸入引腳。在不同電流負載下運行評估板，檢查Iu和Iv電流波形為均勻正弦波，系統(tǒng)穩(wěn)定，電機Flx_M穩(wěn)定。

總結

EVAL - M1 - IM523評估板憑借其豐富的功能、完善的保護機制和良好的系統(tǒng)性能，為電機驅動應用設計提供了一個優(yōu)秀的平臺。工程師們可以利用該評估板快速搭建電機控制系統(tǒng)，進行性能測試和優(yōu)化，同時通過英飛凌提供的軟件工具和詳細的文檔資料，能夠更高效地完成產品開發(fā)。在實際應用中，我們還需要根據具體需求對系統(tǒng)進行進一步的調整和改進，以滿足不同場景的要求。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨特的經驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。