AURIX™ TC3xx 电机控制电源板：设计解析与特性洞察

一、引言

作为一名电子工程师，在电机控制领域不断探索新的解决方案是我们的日常工作。今天要给大家介绍的 AURIX™ TC3xx 电机控制电源板，就是一款在电机控制应用中具有独特优势的产品。

文件下载：Infineon Technologies AURIX™ TC3xx电机控制应用套件.pdf

这款电源板是 KIT_A2G_TC387_MOTORCTR 套件（eMotor 套件）的一部分，要让电机运转起来，需要搭配匹配的控制板与它进行接口连接。它与配备 TFT 显示屏、采用 LFBGA - 292 封装的 AURIX™ TC3x7 的 AURIX™ 应用套件兼容。它具备基于传感器和无传感器的磁场定向控制（FOC）以及方波换向控制所需的所有组装电路，还提供了低压直流连接器、用于连接电机的三相输出以及用于编码器、旋转变压器和霍尔等位置传感器的连接器。

二、主要特性亮点

元件布局与驱动能力

该电源板的所有组件均为表面贴装器件（SMD），且仅放置在顶层，这使得 PCB 布局更加简洁，便于组装和维护。它能够驱动 12V、最大 50W 的三相永磁同步电机（PMSM）或无刷直流电机（BLDC），满足了多种中小功率电机的驱动需求。

多方式位置传感

支持使用旋转变压器、编码器或霍尔传感器来感知电机位置，为不同的应用场景提供了多种选择。在实际项目中，我们可以根据电机的类型、精度要求以及成本等因素，灵活选择合适的传感器。

先进的栅极驱动与电流电压传感

采用了先进的栅极驱动器 TLE9180D - 31QK，具备通过 SPI 进行配置和诊断的功能，方便我们对电源板进行调试和监控。同时，它还具备多种电流和电压传感功能，包括高侧直流母线电流传感、低侧直流母线电流传感、通过接地路径中的两个或三个分流器进行相电流传感、直流母线电压传感以及相电压传感等。这些传感功能为电机的精确控制提供了必要的数据支持。

兼容性与外观尺寸

完美适配配备 TFT 显示屏、采用 LFBGA - 292 封装的 AURIX™ TC3xx 应用套件，增强了系统的集成性。此外，它还带有低功率状态 LED，方便我们直观地了解电源板的工作状态。其 PCB 尺寸为 100mm x 120mm，并且所有测试点都可以从底部访问，这为调试和测试工作带来了极大的便利。

三、内部结构剖析

整体框图

从低电压电机控制电源板的框图来看（如图 1），它包括低压直流连接器、控制板连接器、低功率电机连接器、旋转变压器连接器、编码器连接器和霍尔传感器连接器。辅助电源 TLE42744DVD50 为先进的栅极驱动器 TLE9180D - 31QK 和电机位置传感器接口提供 5V 电源，LED 则指示 5V 电压的生成情况。

关键部分详解

• 电流传感：相电流传感可以通过接地路径中的两个或三个分流器来实现，低侧直流母线电流传感只需进行少量改动即可使用。TLE9180D - 31QK 集成了三个可编程增益的电流传感放大器，高侧直流母线电流传感则采用了双向、零漂移、高速的电流分流监测器。
• 电压传感：直流母线电压和相电压传感通过带有 RC 滤波器的电阻分压器直接测量，并提供了用于保护微控制器引脚的齐纳二极管安装选项。
• 三相功率桥：由三个 IPG20N04S4 - 08A 双 N 沟道 MOSFET 组成，为电机提供稳定的三相功率输出。

四、元件与测试点布局

电源板的顶部和底部分别展示了元件和测试点的布局（如图 2 和图 3）。了解这些布局对于我们进行电路设计、调试和故障排查都非常重要。在实际操作中，我们可以根据布局图快速定位到需要的元件和测试点，提高工作效率。

五、使用注意事项

评估用途说明

需要注意的是，这款电源板仅用于评估目的，并非最终产品。在使用过程中，我们要特别关注栅极驱动器的死区时间设置，因为电源板没有制动斩波器或类似的硬件保护来吸收电机再生制动期间产生的能量。所以，无论如何，用户都应该通过软件或额外的硬件来确保正确监测电压和电流。

产品信息与责任声明

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AURIX™ TC3xx 电机控制电源板为电机控制应用提供了一个功能丰富、易于使用的解决方案。作为电子工程师，我们可以根据其特性和结构，结合具体的项目需求，充分发挥其优势，设计出更加高效、稳定的电机控制系统。大家在使用这款电源板的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。