EVAL-6ED2231S12TM1评估板：开启电机驱动新世界

作为电子工程师，我们一直在寻找性能卓越、功能强大的评估板来助力电机驱动设计。今天，就来和大家深入探讨一下EVAL-6ED2231S12TM1评估板，看看它能为我们的设计带来哪些惊喜。

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评估板概述

EVAL-6ED2231S12TM1是一款用于评估1200V SOI三相栅极驱动器6ED2231S12T以及EasyPACK™ 1B 1200V CoolSiC™ MOSFET模块FS55MR12W1M1H_B11的功率评估板。它专为电机驱动应用而设计，包含M1连接器、一个三相模块和一个三相SOI栅极驱动器。该评估板旨在帮助用户在使用英飞凌的EasyPACK™ 1B CoolSiC™ MOSFET模块和三相栅极驱动器进行应用设计的初期提供支持。

关键特性与参数

主要特性

• 电源输入与输出：额定直流输入电压为510V，设计用于最大5kW的电机功率输出。
• 电流与电压检测：采用单分流器进行电流检测，同时可检测直流母线电压。
• 温度保护：内置负温度系数（NTC）热敏电阻，用于过温保护。
• 辅助电源：板载+18V和+3.3V辅助电源。
• 接口兼容性：M1接口与iMOTION™控制板兼容。

技术参数

参数	符号	条件	最小值	标称值	最大值	单位
输入电压	VIN	直流电压	120	510	720	V
输入电流	IIN	输入电流	-	-	10	A
输出电流	IOUT	RMS相输出电流	-	-	15	A
输出功率	POUT	需要额外散热（如强制风冷）	-	-	5	kW
过流保护	IOCP	峰值相输出电流	-	-	25.2	A
NTC过温阈值	VTH	MCEWizard配置	1.09	-	2.75	V
开关频率	FSW	逆变器载波频率	-	16	-	kHz
栅极驱动器电源	VCC	-	-	18	-	V
控制器电源	-	-	-	3.3	-	V
环境温度	-	有适当冷却方法	25	-	-	°C
PCB长度	L	-	-	130	-	mm
PCB宽度	W	-	-	120	-	mm
PCB高度	H	-	-	-	60	mm
PCB层数	-	-	-	2	-	-

系统与功能描述

启动与设置

要运行电机系统，需要将EVAL-6ED2231S12TM1功率板与匹配的iMOTION™控制板（如EVAL-M1-101T）结合使用。通过M1接口连接后，按照以下步骤进行设置：

1. 获取控制板与软件：从https://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/eval-m1-101t订购英飞凌控制板EVAL-M1-101T，并从www.infineon.com/imotion-software下载最新的IMC101T-T038 MCE软件包。
2. 连接与编程：使用USB电缆将PC连接到控制板，进行编程和调试。
3. 参数设置：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，计算控制器的数字参数集。
4. 保存参数：在Verify & Save页面点击Calculate Parameters，然后点击Export to MCEDesigner file (.txt)保存驱动参数集。
5. 连接电机与电源：将电机相输出（母板上的X9）连接到电机，将直流电源连接到电源输入连接器（母板上的X8），然后开启系统。
6. 启动MCEDesigner：打开MCEDesigner工具，点击File > Open打开IMC101T-T038控制器的默认配置文件（.irc）。
7. 连接控制板：如果无法自动连接，可在System Page窗口中更改COM端口。
8. 编程参数：使用Tools > Programmer选择Program Parameters，浏览并选择之前保存的系统驱动参数文件。
9. 启动电机：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。

功能模块概述

6ED2231S12T栅极驱动器

它采用英飞凌的薄膜SOI技术，具有诸多出色特性。如完全可在高达+1200V的电压下工作，集成超快自举二极管，浮动通道专为自举操作而设计等。其绝对最大额定值涵盖了多个参数，如低侧电源电压Vcc范围为 -0.3V至25V等。

FS55MR12W1M1H_B11模块

这是一个EasyPACK™ 1B 1200V / 52.9mΩ（典型值）的六管模块，具备高电流密度、低开关和传导损耗、低电感设计等优点，还集成了NTC温度传感器和PressFIT接触技术，并且符合RoHS标准。

ICE5QSAG准谐振控制器

提供高性能和全面的保护功能，以增强系统的鲁棒性。具有新颖的准谐振操作和专有的低EMI实现方式，可通过级联配置实现快速启动等。

IMBF170R1K0M1 CoolSiC™ MOSFET

采用碳化硅这种革命性的半导体材料，优化用于反激拓扑，具有极低的开关损耗和可完全控制的dV/dt以优化EMI等特性。

系统设计

电路设计

直流母线电压测量

通过适当大小的母线电容器稳定母线电压，使用电阻R1和R3平衡串联电解电容器上的电压。需要注意的是，EVAL-6ED2231S12TM1母板上已焊接电阻R11，因此需要移除EVAL-M1-101T控制板上的13.3kΩ下拉电阻。

逆变器部分

使用FS55MR12W1M1H_B11实现三相逆变器桥部分，采用R15/R16/R17（并联）作为单分流器进行电流检测。

驱动电路

三相栅极驱动器6ED2231S12T的专用子板安装在母板顶部，用于驱动SiC模块。使用C3、C4和C5作为自举电容器提供必要的浮动电源电压，由于6ED2231S12T集成了三个自举二极管，无需外部自举二极管。该驱动器的ITRIP输入引脚可检测直流母线中的过流事件，检测到过流时输出关闭并报告故障。

过流保护

为了节省分流电阻的功率损耗，使用三个30mΩ / 3W表面贴装器件（SMD）电阻（R15/R16/R17）并联，将$R_{shunt}$值设置为10mΩ。目标过流保护电流（IOCP）为25A，ITRIP引脚的过流阈值为0.5V，通过电阻分压器R19和R20提供0.25V的直流偏置电压以满足目标电流。

NTC热敏电阻配置

FS55MR12W1M1H_B11包含一个NTC热敏电阻，其在25°C时电阻为5kΩ，100°C时电阻为493Ω。子板上已有1kΩ上拉电阻，在MCEWizard中将NTC热敏电阻的过温电压阈值设置为1.09V以保护SiC模块。如果使用EVAL-M1-101T作为控制板，需要移除NTC的4.87kΩ上拉电阻以避免冲突。

辅助电源

辅助电源电路采用准谐振反激控制器ICE5QSAG和CoolSiC™ 1700V SiC MOSFET IMBF170R1K0M1，有两个次级绕组，分别产生18V DC和7V DC。18V DC连接到栅极驱动器，3.3V电源由7V DC通过线性稳压器IFX25001ME V33获得，用于过流偏置电路。

原理图与布局

评估板的原理图包括功率逆变器板（母板）、子板的驱动电路和辅助电源电路。布局方面，功率逆变器板和子板都有详细的布局图，并且遵循一些基本的布局准则，如VCC和VBS旁路电容器应靠近IC，驱动环路应尽可能小等。

物料清单与连接器细节

完整的物料清单（BOM）可在英飞凌主页的Downloads部分下载。重要组件包括6ED2231S12T栅极驱动器、FS55MR12W1M1H_B11模块等。连接器方面，涵盖了子板和母板的连接、直流电源输入、三相输出到电机以及iMOTION™ MADK-M1 20引脚接口连接器等。

系统性能测试

运行BLDC电机

在特定测试条件下运行BLDC电机，输入电压$V{IN}=510VDC$，相输出电流$I{PHASE}=15A_{rms}$，室温环境，使用GK6081-6AC31-FE电机，转速为1450r/min，扭矩为17Nm，六管模块采用自然通风散热。

输出相电流

运行BLDC电机时，可观察到相U输出电流的波形，如在$V{IN}=510V$，$P{IN}=3kW$，$F_{sw}=12kHz$时，输出电流为15.7A。

过流保护测试

当ITRIP引脚输入超过500mV且持续时间超过500纳秒时，过流检测会关闭栅极驱动器的输出，过流保护在峰值电流约为25.2A时启动。

短路保护测试

当输入电压$V_{IN}$为600V，最大电流约为143A时，总短路保护延迟时间（包括外部RC滤波器，1kΩ / 220pF）约为1微秒。

逆变器效率测试

分别测试了逆变器效率与输入功率以及载波频率的关系。在$V{IN}=510V$，$I{PHASE}=11.2A$，$F{SW}=16kHz$，$T{a}=25^{circ}C$的条件下，可得到逆变器效率与输入功率的关系曲线；在$V{IN}=510V$，$I{PHASE}=11.2A$，$P{IN}=2kW$，$T{a}=25^{circ}C$的条件下，可得到逆变器效率与载波频率的关系曲线。

总结

EVAL-6ED2231S12TM1评估板为电机驱动设计提供了一个强大而全面的平台。它集成了高性能的组件，具备丰富的保护功能和出色的性能表现。无论是对于新手工程师还是经验丰富的专业人士，都能在电机驱动设计中发挥重要作用。在使用过程中，我们需要严格遵循安全注意事项，确保操作的安全性。同时，根据实际应用需求，灵活调整电路和参数，以实现最佳的设计效果。大家在使用这款评估板的过程中，有没有遇到什么有趣的问题或者独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享！