Infineon MOTIX™全桥IC BTM90xxEP Arduino Shield评估板使用指南

一、引言

在电机控制领域，一款性能优良且易于评估的硬件工具至关重要。Infineon的MOTIX™全桥IC BTM90xxEP Arduino Shield评估板就是这样一款出色的产品，它为工程师们提供了一个便捷的平台，用于评估MOTIX™全桥IC BTM90xxEP的硬件和软件功能。本文将详细介绍该评估板的相关信息，希望能帮助工程师们更好地使用它。

文件下载：Infineon Technologies KIT_BTM9010，11 Arduino扩展板.pdf

二、MOTIX™全桥IC BTM90xxEP概述

2.1 产品简介

MOTIX™全桥IC BTM90xxEP是用于直流电机控制应用的集成全桥。它采用BCD技术实现，并封装在PG - TSDSO - 14封装中，该封装具有外露焊盘，可实现良好的热性能。这些器件具有针对过温、欠压、过流、短路和交叉电流的各种保护功能，还提供电流检测和开路负载诊断等诊断功能，其中BTM9021EP还具有看门狗，用于监督SPI通信。

2.2 关键特性

• 低导通电阻：BTM9010EP/11EP在25°C时典型路径电阻为175 mΩ，BTM9020EP/21EP在25°C时典型路径电阻为84 mΩ。
• 宽电源电压范围：正常工作电压范围为7 V至18 V，扩展范围为4.5 V至40 V。
• 高电流限制：BTM9010EP/11EP最小电流限制为10 A，BTM9020EP/21EP最小电流限制为20 A。
• 优化的开关性能：增强的开关速度可降低开关损耗，可调节的压摆率可优化EMC性能。
• 丰富的保护和诊断功能：具备过流、欠压、过温、开路负载检测、交叉电流保护等功能，以及电流检测和状态标志诊断能力。
• 符合标准：通过AEC - Q100认证（1级），为绿色产品（符合RoHS标准）。

2.3 器件选择

BTM90xxEP有四种变体可供选择，具体取决于应用目标。不同变体在数字接口、过流保护、压摆率选择等方面存在差异。例如，BTM9010EP/20EP为硬件变体，通过INA、INB、SEL、PWM等引脚进行控制；而BTM9011EP/21EP为SPI变体，通过SDI、SCLK、CS、SDO等引脚进行控制。

2.4 框图和引脚分配

从框图来看，MOTIXT全桥IC BTM90xxEP包含两个半桥和集成MOSFET驱动IC，采用单片解决方案。其数字接口与3.3 V和5 V微控制器兼容，方便工程师选择合适的微控制器。电流检测信号通过IS引脚输出，微控制器可读取该信号以获取电流信息和错误标志。引脚分配也因不同变体而有所不同，如BTM9010EP/20EP和BTM9011EP/21EP的引脚配置存在差异。

三、评估板介绍

3.1 设计目的

评估板旨在为设计师提供一个简单易用的工具，使其熟悉MOTIX™全桥IC BTM90xxEP。用户可以在该板上使用Arduino UNO或uIO - Stick设计有刷直流电机控制算法并进行测试。

3.2 主要特性

• 多种控制方式：可通过Arduino UNO板或uIO - Stick连接到盾牌，使用通用IO引脚控制器件。
• 灵活的测试配置：可以直接输入或采用SPI菊花链配置测试器件性能。
• 电机控制功能：支持有刷直流电机控制，可使用或不使用PWM信号，实现电机的双向旋转。
• 宽电压和电流范围：正常工作电压为7 - 18 V，扩展范围为4.5 - 40 V，电流限制为最小10 A（BTM9010/11EP）或最小20 A（BTM9020/21EP）。
• 优化的性能：具备可调节的压摆率以优化EMC性能，能够进行高频PWM控制，如使用Arduino UNO板可实现20 kHz的PWM频率。
• 保护和诊断功能：具有过温和过流保护、反极性保护等功能，以及状态标志诊断和电流检测能力。

3.3 技术数据

评估板的技术数据如下：	参数	值
电源电压	典型值12 V
电源电流	最小10 A（BTM901xEP）或最小20 A（BTM902xEP）
PWM频率	典型值20 kHz

3.4 目标应用

用户可以使用该评估板测试半桥配置的单向直流电机控制和全桥配置的双向直流电机控制。通过专用输入序列或SPI可调整压摆率，BTM90xxEP器件可在IS引脚提供感测电流和错误标志。评估板有多种应用配置，默认实现配置3和4，若要实现配置1和2，需手动将U300替换为BTM9011EP/21EP。

四、系统和功能描述

4.1 板信息

评估板上包含多个器件、连接器、测试点和跳线。器件如MOTIX TM全桥IC BTM90xxEP、反向电池保护电路等；连接器用于电源供应、输出连接等；测试点可用于测量电源电压、输出电压等；跳线可用于实现不同的连接配置。

4.2 接口信息

• Arduino UNO接口：通过引脚头X101、X102、X103和X104将评估板连接到Arduino UNO板，可使用软件对MOTIXTM全桥IC BTM90xxEP进行配置。
• uIO - Stick接口：通过连接器X200连接uIO - Stick，同样可使用软件对器件进行配置。

五、设计文件

5.1 原理图和布局

文档中提供了MOTIXTM全桥IC BTM90xxEP Arduino Shield的原理图和布局图，包括顶层和底层布局，方便工程师进行参考和设计。

5.2 物料清单

详细列出了评估板的物料清单，包括各个元件的数量、设计名称、描述和封装等信息，为工程师采购和组装提供了便利。

六、快速上手

6.1 使用Arduino UNO板

6.1.1 硬件设置

• 选择合适的有刷直流电机，考虑评估板的正常和扩展工作电压范围。
• 移除J6处的引脚头，检查其他引脚头。
• 通过引脚头X101、X102、X103和X104将评估板连接到Arduino UNO。
• 将Arduino UNO连接到PC。
• 将电机连接到输出端口OUTxx，根据应用需求选择全桥或半桥配置连接方式。
• 连接直流电源到评估板（VBAT引脚，GND引脚），并开启电源和Arduino UNO。

6.1.2 软件设置

• 下载并安装Arduino IDE。
• 使用微型USB电缆将Arduino UNO板连接到笔记本电脑。
• 启动Arduino IDE。
• 创建新脚本或打开现有脚本，编译并执行代码。

6.2 使用uIO - Stick

6.2.1 硬件设置

• 选择合适的有刷直流电机，考虑评估板的电压范围。
• 按照说明设置引脚头J6 - J9，检查其他引脚头。
• 使用连接器X200将uIO - Stick连接到评估板。
• 将uIO - Stick连接到CP。
• 将电机连接到输出端口OUTxx，根据应用需求选择连接方式。
• 连接直流电源到评估板（VBAT引脚，GND引脚），并开启电源。

6.2.2 软件设置

• 下载并安装Infineon Developer Center Launcher。
• 在Infineon Developer Center Launcher中搜索、安装并启动MOTIX全桥IC的Config Wizard。
• 在工具中选择板配置并进行配置。

七、安全注意事项和重要声明

7.1 安全注意事项

在使用评估板时，需要注意以下安全事项：

• 评估板的散热器和器件表面在测试过程中可能会变热，处理时需采取必要的预防措施，否则可能导致受伤。
• 只有熟悉驱动器、电力电子和相关机械的人员才能规划、安装、调试和维护系统，否则可能导致人身伤害和/或设备损坏。
• 评估板包含对静电放电（ESD）敏感的部件和组件，在安装、测试、维修时需要采取静电控制措施，否则可能导致组件损坏。
• 驱动器应用或安装不当可能导致组件损坏或产品寿命缩短，布线或应用错误可能导致系统故障。

7.2 重要声明

评估板和参考板仅用于演示和/或评估目的，并非商业化产品，不适合用于可靠性测试或生产。它们可能不符合CE或类似标准，用户需要确保其使用方式符合相关国家的要求和标准。Infineon Technologies对评估板和文档信息不提供任何明示或暗示的保证，有权随时修改文档和信息而无需进一步通知。

八、总结

Infineon的MOTIX™全桥IC BTM90xxEP Arduino Shield评估板为工程师提供了一个全面且易用的平台，用于评估和开发电机控制应用。其丰富的功能、灵活的配置和详细的文档，使得工程师能够快速上手并进行各种测试。在使用过程中，工程师需要严格遵守安全注意事项和重要声明，以确保测试的顺利进行和人员设备的安全。大家在实际使用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。