深入解析 EVAL-2ED2742S01 GM1 評估套件：助力電機驅(qū)動設(shè)計

引言

在電機驅(qū)動設(shè)計領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的評估套件能為工程師們節(jié)省大量時間和精力，快速驗證設(shè)計方案的可行性。今天，我們就來深入探討 Infineon Technologies 的 EVAL - 2ED2742S01 GM1 評估套件，它專為電池供電應用設(shè)計，適用于消費和戶外電動工具、機器人、無人機、電動自行車等眾多領(lǐng)域。

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一、評估套件概述

1. 套件用途與組成

EVAL - 2ED2742S01 GM1 評估套件主要用于評估英飛凌科技的新型 160 V 半橋 SOI 柵極驅(qū)動器 2ED2742S01G。該套件包含一個三相逆變器功率板，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)動器，用于驅(qū)動六個額定 100 V 的 OptiMOS? MOSFETs IPTC015N10NM5。功率板通過 M1 連接器與 iMotion? 模塊化應用設(shè)計套件（MADK）控制卡 EVAL - M1 - 101T 相連?？刂瓶ㄓ?IMC101T - T038 iMOTION? 電機控制 IC 供電，具備先進的電機控制引擎（MCE），無需任何編碼即可實現(xiàn)先進的無傳感器磁場定向控制（FOC）。

2. 適用人群

該套件主要面向基于直流（DC）的電機（BLDC、伺服、步進）控制系統(tǒng)工程師，他們主要設(shè)計電池供電的消費電動工具、戶外電動工具、機器人系統(tǒng)、無人機、電動自行車以及小型家用電器等。

二、評估板詳情

1. 評估板用途與注意事項

評估板主要用于在設(shè)計過程中評估和測量特性曲線，以及檢查數(shù)據(jù)手冊規(guī)格。不過，需要注意的是，該板必須由經(jīng)過培訓的電力電子工程師在實驗室環(huán)境中使用，并遵守安全要求。同時，PCB 和輔助電路并未針對最終客戶設(shè)計進行優(yōu)化，且不一定符合安全、EMI、質(zhì)量標準（如 UL、CE）要求。

2. 訂購信息

三、系統(tǒng)設(shè)計要點

1. 整體供電與輸出

評估板 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 電機提供高達 500 W（無散熱片）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，必須確保為評估板提供極性反轉(zhuǎn)保護和浪涌電流保護。

2. 各功能模塊設(shè)計

2.1 DC 鏈路電壓測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 實現(xiàn)，是一個三相逆變器橋，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。

2.3 帶 2ED2742S01G 的驅(qū)動電路

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

2.4 過流保護

過流電路中，為了節(jié)省分流電阻的功率損耗，通過使用兩個 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)計中，過流保護的目標電流（IOCP）為 25 A，ITRIP 引腳的過流閾值為 0.54 V，通過使用電阻分壓器 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 的目標電流。計算公式為： [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扇（評估板未提供），以在長時間測試期間進行強制風冷?；?IMC101T 的 MADK 控制卡所需的 3.3 V 電源由 12 V 直流電通過線性穩(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布局圖，包括頂層、中間層和底層。同時，還給出了一些基本的布局準則，如 VCC 和 VBS 旁路電容器應靠近 IC，驅(qū)動環(huán)路應盡可能小，VSS 和 COM 的環(huán)路應通過在分流電阻端子處直接連接來盡可能減小，兩個電流感應跡線應從分流端子開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. 連接器細節(jié)

四、系統(tǒng)性能測試

1. 運行 BLDC 電機的系統(tǒng)設(shè)置

在特定設(shè)置下對 EVAL - 2ED2742S01G 進行了測試，測試條件如下：

• 輸入：VIN = 48 VdC
• 相輸出電流：IPHASE = 25 Arms
• 室溫環(huán)境
• BLDC 電機：定制，IPHS = 25A，測試轉(zhuǎn)速為 52000 r/min
• 運行 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的電流波形，通過觀察這些波形，工程師可以了解系統(tǒng)在不同負載條件下的性能表現(xiàn)，為進一步優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

五、總結(jié)與注意事項

1. 總結(jié)

EVAL - 2ED2742S01 GM1 評估套件為電機驅(qū)動設(shè)計提供了一個全面且實用的解決方案。它集成了先進的柵極驅(qū)動器和 MOSFETs，具備多種保護功能和完善的電源管理系統(tǒng)，能夠滿足不同應用場景下的需求。同時，詳細的文檔資料和測試數(shù)據(jù)為工程師們的設(shè)計和調(diào)試工作提供了有力支持。

2. 注意事項

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

你對 EVAL - 2ED2742S01 GM1 評估套件有什么獨特的見解或使用經(jīng)驗嗎？歡迎在評論區(qū)分享交流！