Renesas MCK - RA8T2电机控制评估套件：设计与应用全解析

在电子工程师的日常工作中，一款优秀的电机控制评估套件能极大地提升开发效率和质量。今天，我就来和大家详细聊聊Renesas的MCK - RA8T2电机控制评估套件。

文件下载：Renesas Electronics MCK-RA8T2灵活电机控制套件.pdf

一、套件概述与使用预设

MCK - RA8T2是一款专门用于电机控制的评估套件，它具有诸多出色的特性。该套件支持无刷直流电机，能够实现1 - /2 - /3 - 分流电流检测，还支持Renesas Motor Workbench这一强大的电机控制开发支持工具，并且配备了过流检测电路以提供过流保护功能。

在使用这份文档时，有几个预设条件和注意事项需要大家了解。首先，要求使用者有使用过如e² studio这类集成开发环境（IDE）的终端仿真程序的经验；其次，需要具备修改关于MCU和嵌入式系统的示例项目的基础知识。另外，在使用该产品前，一定要佩戴防静电腕带，因为人体携带的静电可能会导致设备故障或运行不稳定。同时，文档中的所有截图仅作参考，实际的屏幕显示可能会因使用的软件和开发工具版本不同而有所差异。

二、产品内容与订购信息

MCK - RA8T2套件包含了逆变器板、CPU板、通信板、无刷直流电机、通信电缆、USB电缆、螺丝和螺柱等部件。其具体的部件编号如下：

• 逆变器板：RTK0EM0000B12020BJ
• CPU板：RTK0EMA6L0C00000BJ
• 通信板：RTK0EMXC90Z00000BJ
• 无刷直流电机：R42BLD30L3，额定电压为36V，额定电流为1.67A

如果大家想要订购MCK - RA8T2套件，产品编号是RTK0EMA6L0S00020BJ。

三、硬件配置与默认设置

3.1 硬件配置

MCK - RA8T2套件由逆变器板、CPU板和通信板组成。下面为大家详细介绍各部分的规格：	项目	规格
套件产品名称	MCK - RA8T2
套件产品编号	RTK0EMA6L0S00020BJ
套件配置	逆变器板：RTK0EM0000B12020BJ；CPU板：RTK0EMA6L0C00000BJ；通信板：RTK0EMXC90Z00000BJ；无刷直流电机：R42BLD30L3
隔离	逆变器板 - CPU板：非隔离；通信板 - CPU板：隔离（最高1kVRMs）
外部视图	实际产品可能与图片不同
板尺寸	逆变器板：133mm(W) x 109mm(L)；CPU板：109mm(W) x 109mm(L)；通信板：89mm(W) x 52mm(L)
工作温度	室温
工作湿度	不允许有冷凝
EMC指令	EN61326 - 1:2021，EMI：Class A，EMS：工业电磁环境

3.2 跳线设置

不同板子的跳线设置各有其功能，以下是详细介绍：

• 逆变器板：
  • JP1：2 - 3pin短接可启用5V稳压器，1 - 2pin短接则禁用。
  • JP2、JP3、JP4、JP6、JP12、JP13：2 - 3pin短接可启用电流检测放大器，1 - 2pin短接则禁用。
  • JP5、JP7、JP9、JP10、JP14、JP15：1 - 2pin短接时电流检测放大器增益为20，开路时增益为10。
  • JP8、JP11：1 - 2pin短接支持2/3分流电流检测，2 - 3pin短接支持1分流电流检测。
• CPU板：
  • JP1：用于Ether CAT ID设置。
  • JP2：控制板载调试器的连接。
  • JP3：启用或禁用板载调试器。
  • JP4：设置RA8T2的工作模式。
  • JP5：决定是否绕过D3。
  • JP6：设置USB_VBUS信号。
  • JP7：选择USB + 5V电源。
• 通信板：
  • JP1：1 - 2pin短接启用MD端口上拉，开路则禁用。
  • JP2：1 - 2pin短接禁用GPIO(PC6)上拉，开路则启用。
  • JP3：1 - 2pin短接禁用GPIO(PC5)上拉，开路则启用。

3.3 硬件设置

3.3.1 板连接

在进行电机控制评估时，需要按照特定方式连接各板子。要注意CPU板和逆变器板之间的连接器连接较紧，在连接和断开时要小心，避免引脚弯曲。RA8T2 CPU板最多支持双电机控制，如果准备了额外的逆变器板和电机，可以按照相应的连接方式进行连接。

3.3.2 电源供应

该套件有三种电源供应方式：

• 从DC插孔供电：使用交流适配器等通过逆变器板上的DC插孔（J1）供电，兼容插头外径为5.5mm，内径为2.1mm，极性为中心正极，输入电压范围为12 - 48V。
• 从端子块供电：使用直流稳压电源等通过逆变器板的端子块（CN1）供电，极性需遵循板上的丝印指示（“+”，“ - ”），输入电压范围同样为12 - 48V。
• 从USB连接器供电：通过CPU板上的USB Type - C连接器提供5V电源，建议使用能够输出1A以上电流的USB适配器，以确保电机能够充分驱动。

此外，也可以同时从CPU板的USB连接器和逆变器板的DC插孔或端子块供电。在这种情况下，3.3V的MCU驱动电压和栅极驱动器驱动电压由5V的USB电源生成，而电机驱动电压则由DC插孔或端子块提供。

四、各板功能详解

4.1 逆变器板

4.1.1 功能

• 逆变器控制电路块：通过6个功率MOSFET控制电机，其输出的直流母线电压、U、V和W相电压以及分流电流可连接到连接器（CN3，CN4），通过CPU卡上的MCU的A/D输入可以测量这些电压和电流的模拟值。
• 电流检测电路：使用各相的分流电阻测量U、V和W相的电流，通过电流检测放大器将分流电阻上的电压降放大输出。默认增益为20x，可通过设置JP5、JP7、JP9、JP10、JP14和JP15为开路将增益改为10x。通过切换JP8和JP11到2 - 3pin短路，可支持1分流电流检测。
• 过流检测电路：当检测到过流时，OC_INV_OUT信号将从HIGH变为LOW，可通过监测该信号并设置栅极驱动器的PWM信号为LOW或Hi - Z来保护板子和电机。
• 输出电压检测电路：通过电阻分压器将母线电压和三相输出电压输入到微控制器的AD引脚，其检测电压与输入电压的关系可通过特定公式计算。
• 电压生成电路：通过升压转换器从5V电源生成栅极驱动器电压（原理图中为“+12V”）。如果CPU板未提供5V电源，逆变器板上的降压转换器可从DC插孔或端子块输入的12 - 48V电压生成5V电源。
• LED、开关和可变电阻：逆变器板上有3个可由用户控制的LED，其开关状态由引脚状态控制；还有一个拨动开关和一个按钮开关，其引脚电压由开关状态控制；可变电阻（VR1）的端子电压可通过旋转改变。

4.1.2 引脚分配

逆变器板的引脚分配详细规定了各引脚的功能，如CPU板连接器（CN3）和（CN4）、霍尔传感器信号输入连接器（CN6）以及编码器/感应位置传感器信号输入连接器（CN5）等，这些引脚分配确保了与其他板子的正确连接和信号传输。

4.2 CPU板

4.2.1 功能

• 电源供应：当未连接逆变器板时，从USB连接器（CN13）供电；连接逆变器板时，会自动选择USB电源或逆变器板电源，且USB电源优先。
• 板载调试器：配备J - Link On - Board（J - Link - OB）调试器电路，可用于写入RA8T2的程序（固件）。使用时，需打开JP3并通过USB电缆将CPU板上的USB连接器（CN13）连接到PC，将调试器类型设置为“J - Link”。
• J - Link虚拟COM端口：支持J - Link虚拟COM端口，通过USB连接器（CN13）连接到PC后，可使用虚拟COM端口。
• RA8T2 USB接口：有一个用于RA8T2的USB全速模块的USB连接器（CN18）。
• 逆变器板连接器：最多可连接2个逆变器板，不同的逆变器板通过不同的连接器（CN1 - CN4）连接，各连接器的引脚分配明确规定了与逆变器板的信号传输和控制。
• 串行通信：为使用Renesas Motor Workbench进行串行通信，CPU板配备了SCI连接器，其引脚分配确保了与其他设备的串行通信。
• 复位电路：具有复位电路，可通过按下复位开关（S1）对MCU进行外部复位。
• LED：有6个可控制的LED，用于程序调试和系统指示，其开关状态由相应端口的输出控制。
• 其他功能：还具备CAN通信、Pmod模块连接、RS - 485通信、DSMIF和Ether CAT等功能，各功能的连接器引脚分配都有详细说明。

4.2.2 RA8T2引脚功能列表

详细列出了RA8T2各引脚的布局、功能和对应的信号功能，这对于进行电路设计和信号处理非常重要。

4.3 通信板

4.3.1 功能

• 电源供应：通过USB连接器提供5V电源。
• USB通信：配备USB Type - C连接器，用于与PC进行通信，例如在使用Renesas Motor Workbench时。
• 串行通信：有两个SCI连接器，用于与目标MCU进行串行通信，其引脚分配确保了通信的正常进行。并且串行通信连接器和MCU（RX72N）通过数字隔离器连接，实现了通信板和目标MCU所在CPU板的隔离。

五、设计与支持信息

如果大家想获取关于该产品设计和制造的信息，可以访问renesas.com。同时，为了学习、下载工具和文档以及申请RA系列MCU及其套件的技术支持，可以访问以下网站：

• RA产品信息：renesas.com/ra
• Renesas支持：renesas.com/support

总的来说，Renesas的MCK - RA8T2电机控制评估套件功能丰富、配置灵活，为电机控制开发提供了强大的支持。大家在实际使用过程中，一定要仔细阅读文档，根据具体需求进行硬件配置和跳线设置，以充分发挥该套件的优势。不知道大家在使用类似套件时有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区留言分享。