探索 EVAL-6ED2742S01Q 评估套件：助力电池供电应用设计

引言

在电子工程师的日常工作中，不断寻找高效、可靠的解决方案来满足各种应用需求是一项持续的挑战。今天，我们将深入探讨 Infineon Technologies 的 EVAL - 6ED2742S01Q 评估套件，它专为电池供电应用而设计，适用于消费和户外电动工具、机器人、无人机、电动自行车等领域。这个评估套件能为工程师们在电机控制设计方面提供哪些便利和优势呢？让我们一起来一探究竟。

文件下载：Infineon Technologies EVAL-6ED2742S01QM1 评估套件.pdf

评估套件概述

硬件组成

EVAL - 6ED2742S01Q 评估套件包含一个三相逆变器功率板和一个 iMOTION™ 控制卡（如 EVAL - M1 - 101T）。功率板配备了 160 V 额定的 6ED2742S01Q 三相栅极驱动器，采用 5 x 5 QFN - 32 封装，驱动六个 150 V 额定的 OptiMOS™ MOSFETs BSC074N15NS5，采用 5 x 6 Super SO8 封装。此外，还具备总线电容器、用于电流传感的单分流器、用于直流母线电压测量的分压器以及其他外围电路。

性能参数

输入电压范围为 10.8 V 至 120 V，在标称 24 V 直流母线电压下，可在无散热器时提供高达 250 W 的功率输出，有散热器时可达 500 W，能驱动 BLDC 电机。其主要特性包括：

• 电源与功率：标称直流输入电压 24 V，设计用于最大 250 W 电机功率输出（加散热器或强制风冷时可达 500 W）。
• 传感功能：采用单分流器进行电流传感，可测量直流母线电压。
• 辅助电源：板载 +12 V 和 +3.3 V 辅助电源。
• 接口兼容性：M1 接口与 iMOTION™ 控制板兼容。
• 集成功能：6ED2742S01Q 内部集成了具有线性预调节器和电荷泵的电源管理单元（PMU），可实现宽输入电压范围和稳定的 VCC；集成了可选择增益的电流传感放大器（CSA）和可选择 VREF 阈值的过流保护功能；具备集成的直通保护和内置死区时间；多功能 RFE 引脚可用于启用/禁用电机驱动；还集成了短脉冲/噪声抑制输入滤波器。

系统设计与功能剖析

系统连接与启动

要运行电机系统，需将功率板 EVAL - 6ED2742S01QM1 与匹配的 iMOTION™ 控制板（如 EVAL - M1 - 101T）组合使用。通过 M1 接口连接两块板，系统即可运行 BLDC 电机。 在启动系统前，需要进行一些准备工作。首先，从 www.infineon.com/imotion - software 下载最新的 IMC101T - T038 MCE 软件包。然后，按照以下步骤操作：

1. 将 EVAL - M1 - 101T 的 M1 20 针接口连接器 J2 连接到 EVAL - 6ED2742S01QM1 板的连接器 J3。
2. 在 MCEWizard 中输入目标电机的系统和运行参数以及评估板的硬件参数，这些数据将用于计算控制器的数字参数集。
3. 进入“Verify & Save”页面，点击“Calculate Parameters”，然后点击“Export to MCEDesigner file (.txt)”将驱动参数集保存到项目目录。
4. 将电机相输出（EVAL - 6ED2742S01QM1 板上的 J2）连接到电机。
5. 将直流输入连接到功率输入连接器（EVAL - 6ED2742S01QM1 板上的 J1），然后给系统上电。
6. 启动 MCEDesigner 工具。
7. 点击“File > Open”打开 IMC101T - T038 控制器的 MCEDesigner 默认配置文件（.irc）。
8. 若 MCEDesigner 无法自动连接到 EVAL - M1 - 101T 控制板，可更改 COM 端口。
9. 使用“Tools > Programmer”并选择“Program Parameters”将系统参数编程到 iMOTION™ IC 的内部 SRAM 中。
10. 点击控制栏中的绿色交通灯按钮启动电机，点击红色交通灯按钮停止电机。

关键组件功能

6ED2742S01Q 栅极驱动器

这是一个基于 SOI 的 160 V 栅极驱动器，专为三相 BLDC 电机驱动应用而设计。其主要特点包括：

• 具备 +160 V 的自举电压（VB 节点），浮动通道设计用于自举操作。
• 集成的电源管理单元（PMU）具有线性预调节器和电荷泵，可实现宽输入电压范围和稳定的 VCC。
• 集成了可选择增益的电流传感放大器（CSA）和可选择 VREF 阈值的过流保护功能。
• 支持 100% 占空比操作，通过涓流充电泵实现。
• 集成了低 RON、超快的自举二极管，高低侧均有独立的欠压锁定功能。
• 具备集成的直通保护和内置死区时间，多功能 RFE 引脚可用于启用、故障报告和自动故障清除。
• 集成了短脉冲/噪声抑制输入滤波器，施密特触发器输入具有滞后特性，与 3.3 V、5 V 输入逻辑兼容，输出与输入同相。

BSC074N15NS5 MOSFET

这是一款 150 V 额定的 N 沟道 OptiMOS™ 5 功率 MOSFET，因其 5 x 6 Super SO8 封装和出色的栅极电荷 x RDS (on) 产品品质因数（FOM）而被选用。

保护功能

直通保护

6ED2742S01Q 配备了直通保护电路，可防止高端和低端开关同时导通，避免短路故障，保护电路安全。

故障报告与可编程故障清除定时器

当出现 VCC 欠压或过流故障时，6ED2742S01Q 通过 RFE 引脚报告故障。故障发生时，RFE 引脚内部拉至 VSS，故障清除定时器启动。故障清除时间由电容器的指数充电特性决定，通过设置 RRFE 和 CRFE 来调整。

过流保护

该功能可检测直流母线中的过流事件，当检测到过流时，输出关闭，RFE 拉至 VSS。过流保护的启动电流水平由连接在 COM 引脚和 VSS 引脚之间的分流电阻以及 ITRIP CONF 引脚配置的阈值决定。

输入滤波器

高级输入滤波器

可改善 HVIC 的输入/输出脉冲对称性，有助于抑制噪声尖峰和短脉冲，提高系统的抗干扰能力。

短脉冲/噪声抑制滤波器

能保护输入线免受短脉冲（如噪声）的影响，当输入信号持续时间小于 tFIL,IN 时，输出状态不会改变。

系统设计要点

直流母线电压测量与浪涌电流限制器

总线电容器应足够大，以稳定母线电压。在电池供电应用中，连接电池组前需确保为 EVAL - 6ED2742S01QM1 板提供反极性保护和浪涌电流保护。

逆变器部分

采用 BSC074N15NS5 实现三相逆变器桥，通过 R40/R41 并联作为单分流器进行电流传感。

驱动电路

使用 6ED2742S01Q 的 C33（C34、C35）作为自举电容器，提供必要的浮动电源电压 VBS。ITRIP 输入引脚可检测直流母线中的过流事件，当检测到过流时，输出关闭，RFE 拉至 VSS 报告故障。

辅助电源

采用基于 BM0650HV 的 DC - DC 降压转换器提供 12 V 电源，可连接外部风扇进行强制风冷。通过线性稳压器 IFX25001ME V33 从 12 V 电源中获取 3.3 V 电源，为 IMC101T 控制卡和其他电路供电。

布局设计

在布局设计时，应遵循一些基本准则，如 VCC 和 VBS 旁路电容器应靠近 IC，驱动回路应尽可能小，VSS 和 COM 回路应通过在分流电阻端子直接连接来减小，两个电流传感走线应从分流端子开始并彼此靠近。

实际性能测试

系统设置

在测试 EVAL - 6ED2742S01QM1 时，使用定制的 BLDC 电机，测试条件为：输入电压 VIN = 24 VdC，相输出电流 IPHASE = 8 Arms，室温环境，BLDC 电机速度为 52000 r/min。

测试结果

• 输出相电流：运行 BLDC 电机时，可观察到三相输出电流的波形，在开关频率为 20 kHz 时，系统表现出良好的性能。
• 过流保护测试：当 6ED2742S01Q 的 ITRIP 引脚输入超过 440 mV 且持续时间超过 500 纳秒时，过流保护启动，关闭栅极驱动器的输出。在这种情况下，当峰值电流约为 24.93 A 时，过流保护功能正常触发。为确保评估板在额定速度下运行 30 分钟而不超过 85°C 的温度，需在 OptiMOS™ 逆变器级粘贴散热器。

总结

EVAL - 6ED2742S01Q 评估套件为工程师们在电池供电的 BLDC 电机控制应用中提供了一个全面且可靠的解决方案。其丰富的功能、出色的保护特性和易于使用的开发工具，使得电机控制设计变得更加高效和便捷。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求，对电路进行适当的修改和优化，以满足不同的性能要求。你在使用类似评估套件时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。