探索 EVAL-6ED2742S01Q 評(píng)估套件：助力電池供電應(yīng)用設(shè)計(jì)

引言

在電子工程師的日常工作中，不斷尋找高效、可靠的解決方案來(lái)滿足各種應(yīng)用需求是一項(xiàng)持續(xù)的挑戰(zhàn)。今天，我們將深入探討 Infineon Technologies 的 EVAL - 6ED2742S01Q 評(píng)估套件，它專(zhuān)為電池供電應(yīng)用而設(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(chē)等領(lǐng)域。這個(gè)評(píng)估套件能為工程師們?cè)?a target="_blank">電機(jī)控制設(shè)計(jì)方面提供哪些便利和優(yōu)勢(shì)呢？讓我們一起來(lái)一探究竟。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-6ED2742S01QM1 評(píng)估套件.pdf

評(píng)估套件概述

硬件組成

EVAL - 6ED2742S01Q 評(píng)估套件包含一個(gè)三相逆變器功率板和一個(gè) iMOTION? 控制卡（如 EVAL - M1 - 101T）。功率板配備了 160 V 額定的 6ED2742S01Q 三相柵極驅(qū)動(dòng)器，采用 5 x 5 QFN - 32 封裝，驅(qū)動(dòng)六個(gè) 150 V 額定的 OptiMOS? MOSFETs BSC074N15NS5，采用 5 x 6 Super SO8 封裝。此外，還具備總線電容器、用于電流傳感的單分流器、用于直流母線電壓測(cè)量的分壓器以及其他外圍電路。

性能參數(shù)

輸入電壓范圍為 10.8 V 至 120 V，在標(biāo)稱(chēng) 24 V 直流母線電壓下，可在無(wú)散熱器時(shí)提供高達(dá) 250 W 的功率輸出，有散熱器時(shí)可達(dá) 500 W，能驅(qū)動(dòng) BLDC 電機(jī)。其主要特性包括：

• 電源與功率：標(biāo)稱(chēng)直流輸入電壓 24 V，設(shè)計(jì)用于最大 250 W 電機(jī)功率輸出（加散熱器或強(qiáng)制風(fēng)冷時(shí)可達(dá) 500 W）。
• 傳感功能：采用單分流器進(jìn)行電流傳感，可測(cè)量直流母線電壓。
• 輔助電源：板載 +12 V 和 +3.3 V 輔助電源。
• 接口兼容性：M1 接口與 iMOTION? 控制板兼容。
• 集成功能：6ED2742S01Q 內(nèi)部集成了具有線性預(yù)調(diào)節(jié)器和電荷泵的電源管理單元（PMU），可實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍和穩(wěn)定的 VCC；集成了可選擇增益的電流傳感放大器（CSA）和可選擇 VREF 閾值的過(guò)流保護(hù)功能；具備集成的直通保護(hù)和內(nèi)置死區(qū)時(shí)間；多功能 RFE 引腳可用于啟用/禁用電機(jī)驅(qū)動(dòng)；還集成了短脈沖/噪聲抑制輸入濾波器。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能剖析

系統(tǒng)連接與啟動(dòng)

要運(yùn)行電機(jī)系統(tǒng)，需將功率板 EVAL - 6ED2742S01QM1 與匹配的 iMOTION? 控制板（如 EVAL - M1 - 101T）組合使用。通過(guò) M1 接口連接兩塊板，系統(tǒng)即可運(yùn)行 BLDC 電機(jī)。 在啟動(dòng)系統(tǒng)前，需要進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作。首先，從 www.infineon.com/imotion - software 下載最新的 IMC101T - T038 MCE 軟件包。然后，按照以下步驟操作：

1. 將 EVAL - M1 - 101T 的 M1 20 針接口連接器 J2 連接到 EVAL - 6ED2742S01QM1 板的連接器 J3。
2. 在 MCEWizard 中輸入目標(biāo)電機(jī)的系統(tǒng)和運(yùn)行參數(shù)以及評(píng)估板的硬件參數(shù)，這些數(shù)據(jù)將用于計(jì)算控制器的數(shù)字參數(shù)集。
3. 進(jìn)入“Verify & Save”頁(yè)面，點(diǎn)擊“Calculate Parameters”，然后點(diǎn)擊“Export to MCEDesigner file (.txt)”將驅(qū)動(dòng)參數(shù)集保存到項(xiàng)目目錄。
4. 將電機(jī)相輸出（EVAL - 6ED2742S01QM1 板上的 J2）連接到電機(jī)。
5. 將直流輸入連接到功率輸入連接器（EVAL - 6ED2742S01QM1 板上的 J1），然后給系統(tǒng)上電。
6. 啟動(dòng) MCEDesigner 工具。
7. 點(diǎn)擊“File > Open”打開(kāi) IMC101T - T038 控制器的 MCEDesigner 默認(rèn)配置文件（.irc）。
8. 若 MCEDesigner 無(wú)法自動(dòng)連接到 EVAL - M1 - 101T 控制板，可更改 COM 端口。
9. 使用“Tools > Programmer”并選擇“Program Parameters”將系統(tǒng)參數(shù)編程到 iMOTION? IC 的內(nèi)部 SRAM 中。
10. 點(diǎn)擊控制欄中的綠色交通燈按鈕啟動(dòng)電機(jī)，點(diǎn)擊紅色交通燈按鈕停止電機(jī)。

關(guān)鍵組件功能

6ED2742S01Q 柵極驅(qū)動(dòng)器

這是一個(gè)基于 SOI 的 160 V 柵極驅(qū)動(dòng)器，專(zhuān)為三相 BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。其主要特點(diǎn)包括：

• 具備 +160 V 的自舉電壓（VB 節(jié)點(diǎn)），浮動(dòng)通道設(shè)計(jì)用于自舉操作。
• 集成的電源管理單元（PMU）具有線性預(yù)調(diào)節(jié)器和電荷泵，可實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍和穩(wěn)定的 VCC。
• 集成了可選擇增益的電流傳感放大器（CSA）和可選擇 VREF 閾值的過(guò)流保護(hù)功能。
• 支持 100% 占空比操作，通過(guò)涓流充電泵實(shí)現(xiàn)。
• 集成了低 RON、超快的自舉二極管，高低側(cè)均有獨(dú)立的欠壓鎖定功能。
• 具備集成的直通保護(hù)和內(nèi)置死區(qū)時(shí)間，多功能 RFE 引腳可用于啟用、故障報(bào)告和自動(dòng)故障清除。
• 集成了短脈沖/噪聲抑制輸入濾波器，施密特觸發(fā)器輸入具有滯后特性，與 3.3 V、5 V 輸入邏輯兼容，輸出與輸入同相。

BSC074N15NS5 MOSFET

這是一款 150 V 額定的 N 溝道 OptiMOS? 5 功率 MOSFET，因其 5 x 6 Super SO8 封裝和出色的柵極電荷 x RDS (on) 產(chǎn)品品質(zhì)因數(shù)（FOM）而被選用。

保護(hù)功能

直通保護(hù)

6ED2742S01Q 配備了直通保護(hù)電路，可防止高端和低端開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，避免短路故障，保護(hù)電路安全。

故障報(bào)告與可編程故障清除定時(shí)器

當(dāng)出現(xiàn) VCC 欠壓或過(guò)流故障時(shí)，6ED2742S01Q 通過(guò) RFE 引腳報(bào)告故障。故障發(fā)生時(shí)，RFE 引腳內(nèi)部拉至 VSS，故障清除定時(shí)器啟動(dòng)。故障清除時(shí)間由電容器的指數(shù)充電特性決定，通過(guò)設(shè)置 RRFE 和 CRFE 來(lái)調(diào)整。

過(guò)流保護(hù)

該功能可檢測(cè)直流母線中的過(guò)流事件，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流時(shí)，輸出關(guān)閉，RFE 拉至 VSS。過(guò)流保護(hù)的啟動(dòng)電流水平由連接在 COM 引腳和 VSS 引腳之間的分流電阻以及 ITRIP CONF 引腳配置的閾值決定。

輸入濾波器

高級(jí)輸入濾波器

可改善 HVIC 的輸入/輸出脈沖對(duì)稱(chēng)性，有助于抑制噪聲尖峰和短脈沖，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

短脈沖/噪聲抑制濾波器

能保護(hù)輸入線免受短脈沖（如噪聲）的影響，當(dāng)輸入信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于 tFIL,IN 時(shí)，輸出狀態(tài)不會(huì)改變。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

直流母線電壓測(cè)量與浪涌電流限制器

總線電容器應(yīng)足夠大，以穩(wěn)定母線電壓。在電池供電應(yīng)用中，連接電池組前需確保為 EVAL - 6ED2742S01QM1 板提供反極性保護(hù)和浪涌電流保護(hù)。

逆變器部分

采用 BSC074N15NS5 實(shí)現(xiàn)三相逆變器橋，通過(guò) R40/R41 并聯(lián)作為單分流器進(jìn)行電流傳感。

驅(qū)動(dòng)電路

使用 6ED2742S01Q 的 C33（C34、C35）作為自舉電容器，提供必要的浮動(dòng)電源電壓 VBS。ITRIP 輸入引腳可檢測(cè)直流母線中的過(guò)流事件，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)流時(shí)，輸出關(guān)閉，RFE 拉至 VSS 報(bào)告故障。

輔助電源

采用基于 BM0650HV 的 DC - DC 降壓轉(zhuǎn)換器提供 12 V 電源，可連接外部風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷。通過(guò)線性穩(wěn)壓器 IFX25001ME V33 從 12 V 電源中獲取 3.3 V 電源，為 IMC101T 控制卡和其他電路供電。

布局設(shè)計(jì)

在布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循一些基本準(zhǔn)則，如 VCC 和 VBS 旁路電容器應(yīng)靠近 IC，驅(qū)動(dòng)回路應(yīng)盡可能小，VSS 和 COM 回路應(yīng)通過(guò)在分流電阻端子直接連接來(lái)減小，兩個(gè)電流傳感走線應(yīng)從分流端子開(kāi)始并彼此靠近。

實(shí)際性能測(cè)試

系統(tǒng)設(shè)置

在測(cè)試 EVAL - 6ED2742S01QM1 時(shí)，使用定制的 BLDC 電機(jī)，測(cè)試條件為：輸入電壓 VIN = 24 VdC，相輸出電流 IPHASE = 8 Arms，室溫環(huán)境，BLDC 電機(jī)速度為 52000 r/min。

測(cè)試結(jié)果

• 輸出相電流：運(yùn)行 BLDC 電機(jī)時(shí)，可觀察到三相輸出電流的波形，在開(kāi)關(guān)頻率為 20 kHz 時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的性能。
• 過(guò)流保護(hù)測(cè)試：當(dāng) 6ED2742S01Q 的 ITRIP 引腳輸入超過(guò) 440 mV 且持續(xù)時(shí)間超過(guò) 500 納秒時(shí)，過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)，關(guān)閉柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出。在這種情況下，當(dāng)峰值電流約為 24.93 A 時(shí)，過(guò)流保護(hù)功能正常觸發(fā)。為確保評(píng)估板在額定速度下運(yùn)行 30 分鐘而不超過(guò) 85°C 的溫度，需在 OptiMOS? 逆變器級(jí)粘貼散熱器。

總結(jié)

EVAL - 6ED2742S01Q 評(píng)估套件為工程師們?cè)陔姵毓╇姷?BLDC 電機(jī)控制應(yīng)用中提供了一個(gè)全面且可靠的解決方案。其豐富的功能、出色的保護(hù)特性和易于使用的開(kāi)發(fā)工具，使得電機(jī)控制設(shè)計(jì)變得更加高效和便捷。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求，對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮蛢?yōu)化，以滿足不同的性能要求。你在使用類(lèi)似評(píng)估套件時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。