EV - MCS - ISOINV - Z 隔离逆变器平台快速入门指南

一、概述

隔离逆变器平台是一款强大的电源板，它能在 24 - 800Vdc 的直流输入范围内工作，为电机或负载提供三相可变频率、可变电压和可变死区时间的 PWM 输出。这个平台是一个开环系统，没有反馈回路，但开发者可以根据需求添加。通过 sigma - delta 调制器，隔离的电流和电压反馈信号被传输到控制端，可用于开发无传感器控制算法。逆变器由三相六 IGBT 桥组成，IGBT 的额定电压为 1200V，由三个双隔离栅极驱动器驱动。采用直流输入而非交流输入，能让直流母线电压更灵活，不受交流线路峰值的限制。

文件下载：EV-MCS-ISOINV-Z.pdf

二、系统要求

（一）硬件要求

1. 必备硬件
   • ADSP - CM408F EZ - KIT rev 0.2（需单独订购）。
   • EV - MCS - ISOINV - Z 电源板，包含控制电源和适配器板（用于连接 EZkit）。
   • 电源板电源（需自行准备），该板在 24Vdc - 800Vdc 的直流电源下性能最佳，电源额定功率要与负载匹配，电源板额定功率高达 2kVA。输入处有串联二极管，必要时可使用交流电源驱动，但输出功率会受限。
   • 若没有 Segger J - Link Lite 调试器（ADSP - CM408 EZ - KIT 会自动配备），则需要 USB 转串口转换器来下载可执行演示代码到 EZ - KIT；若要使用图形用户界面（GUI）可视化数据变量，也需要该转换器。
2. 可选硬件
   • 三相负载虽非必需，但为了评估逆变器组件，让电流流向输出端会更有帮助。常见的三相负载有三相电机（如感应电机或永磁同步电机），也可连接三相三线电阻负载，不过该负载不随板提供。
   • Segger J - Link Lite 调试器（随 ADSP - CM408F Ezkit 提供，可用于下载可执行文件和代码开发，但基本设置时并非必需）。
   • 若需要完整的交流前端，逆变器平台可与 ADP1047 评估板（功率高达 300W）或 ADP1048 评估板（功率高达 600W）配合使用。

（二）软件要求

1. 必备软件
   • ADSP - CM40x SW Enablement Package version 1.2.0，可从 下载链接 获取。
   • 逆变器演示程序可执行文件和链接器映射文件，可从 [下载链接](https://ez.analog.com/docs/DOC - 12105) 获取。
2. 可选软件
   • ADIMonitor 图形用户界面，同样可从 下载链接 获取。
   • IAR Embedded Workbench（用于代码开发，版本 6.6 或更高）。
   • Segger J - Link Lite 驱动软件。

三、硬件设置

（一）连接步骤

1. 将 EZ - kit 连接到适配器板，再将适配器板连接到电源板，具体连接方式参考文档中的图 1。
2. 确保电机/负载和电源连接器的接线符合图 2、表 1 和表 2 的要求。三相负载可以是电阻组或三相电机，电源板设计为在直流母线电源下运行，也可在交流电源下运行，但输出功率受限。
3. 将电源适配器插入连接器 J3，为电路板提供控制电源。注意不要插入 ADSP - CM408 EZkit，它从逆变器板获取电源，但需在 EZkit 上设置 JP2 跳线为“5V_INPUT”而非“WALL_POWER”。

（二）信号测量

板上有四个 sigma - delta 调制器，用于提供隔离的电流和电压测量或反馈。这些信号的精度和群延迟由软件中的数字滤波器参数设置控制。默认情况下，测量的信号包括 U 相电机电流、V 相电机电流、直流母线电压和 UV 线间电机电压。还可通过移除 R69 和 R66 零欧姆电阻，并在 R176 和 R177 处安装零欧姆电阻，将 VW 线间电机电压作为额外的可选反馈信号，替代直流母线电压测量。

四、软件设置

（一）下载和安装软件

1. 从“软件要求”中提供的链接下载并安装 ADSP - CM40x SW Enablement Package version 1.2.0，其中包含将可执行文件下载到处理器所需的串行引导加载程序。
2. 从“软件要求”中提供的 Engineer Zone 链接下载并安装 GUI，安装时若检测到 PC 上没有.NET 框架，会提示用户下载。
3. 从“软件要求”中提供的 Engineer Zone 链接下载逆变器演示可执行程序，并将其编程到处理器板（ADSP - CM408 EZkit）。

（二）编程方式

1. 使用串行下载器编程
   • 串行下载器（“wsd.exe”）是 ADSP - CM408 SW Enablement Package 的一部分，安装后，默认安装目录下可在 C:Analog DevicesADSP - CM40xCM403F_CM408F_EZ - KITtoolUARTFlashProgrammer 找到。此方法使用 Engineer Zone 链接提供的 MC_Demo.hex 可执行文件。
   • 具体步骤如下：
     • 用 USB - UART 电缆将 EZ - kit 连接到 PC。
     • 在 EZkit 上使用选择开关 P3（靠近电源连接器）选择引导模式 3（UART 引导）。
     • 给 EZkit 上电。
     • 打开 Windows 串行下载器（wsd.exe），选择合适的选项：目标为 ADSP - CM40x（闪存），选择 USB - 串口电缆连接的 COM 端口（不确定时可在“设备管理器 -> 端口”中查看），波特率设为 115200。
     • 点击“File to download”下的“Browse”，找到提供的可执行文件“MC_demo.hex”。
     • 点击“Start”。
     • 操作完成后，在 EZkit 上使用选择开关 P3 选择引导模式 1（SPI 闪存引导）。
     • 重置 EZkit（靠近电源连接器的 SW2）。
2. 使用 Segger J - Link 编程
   • 此方法使用 JLink 软件和 EZkit 提供的调试器对处理器闪存进行编程。
   • 具体步骤如下：
     • 从 [下载链接](http://www.segger.com/jlink - software.html) 下载并安装 Segger JLink 软件。
     • 点击 Windows 下的蓝色下载按钮。
     • 在下一步输入 Segger JLink Lite 序列号（印在调试器板的微控制器上）。
     • 点击下一个屏幕的确认框，下载并安装软件（默认安装位置为 C:Program Files(x86)Segger）。
     • 将 JLink 连接到 PC 的 USB 端口，另一端连接到 CM40x 板的 20 针连接器。
     • PC 会自动安装 JLink 驱动，完成后给 EZkit 上电。
     • 给 CM408x 板上电。
     • 找到 Segger 安装位置，点击 JLink.exe。
     • 在 Jlink 窗口输入“exec device = ADSP - CM408BSWZ - BF”，确认芯片已正确识别。
     • 将需要加载的二进制文件复制到已知位置，例如将 MC_demo.bin 放在 C:temp。
     • 在 JLink 窗口输入“loadbin c:tempMC_demo.bin, 0x18000000”，加载二进制代码到闪存起始地址。
     • 重置 EZkit（靠近电源连接器的 SW2）。

五、运行模式

（一）手动模式

手动模式下，无需将 EZkit 连接到 PC，可通过板上的拨盘控制输出频率和死区时间。系统将使用默认参数运行，GUI 仍可用于数据可视化，但不能用于手动模式下的控制，以免控制输入冲突。 具体步骤如下：

1. 插入 12V 控制电源。
2. 将模式选择开关设置为手动。
3. 将启动/停止开关设置为停止。
4. 重置 EZkit。
5. 确保没有故障指示灯亮起。
6. 打开直流母线电源。
7. 将启动/停止开关设置为启动。
8. 使用频率拨盘控制电机速度/负载电压和频率，使用死区时间拨盘控制 PWM 死区时间。 通过短接跳线 JP1 可模拟安全扭矩关断（STO）故障或关机，这将切断栅极驱动器的电源，并在处理器中触发 PWM 故障。移除短接并通过瞬时开关 SW4 重置故障状态，电源板将恢复电机供电，并将输出 PWM 提升到之前的工作点（除非在此期间启动/停止按钮已设置为停止）。需要注意的是，若重置 EZkit，频率和死区时间设置将恢复到默认启动值（零 PWM 输出和 2μs 死区时间），即拨盘位置并非绝对相关，死区时间允许范围为 500ns 到 20μs。

（二）GUI 模式

1. 串口设置 解压安装压缩文件后，运行安装程序可执行文件“ADIMonitorGUI.exe”加载 GUI 应用程序。该 GUI 需要.NET 框架，若 PC 上没有，会自动下载。首先要设置串口，将 USB - 串口转换器连接到 EZkit 的 RS232 端口后，右键点击 GUI 右下角，选择“Connect”。程序应会自动选择正确的 COM 端口，若有多个选项，右键点击“Configure”并选择正确的端口，选择后点击“Save”，再点击“Connect”。

2. 电机控制设置 接下来要配置电机控制设置，这些设置用于 2 极电机的开环伏/赫兹控制。若使用不同极数的电机，系统仍可工作，但转速与赫兹的相关性将不正确。设置参数及含义如下：	Parameter	Open Loop V/f control
   VF_GAIN	每赫兹的电压表示
   VF_BOOST	低速提升电压表示
   VF_MAX_RATE	每 0.1ms 采样的转速变化
   I_MAX	未使用
   MAX_RPM	最大转速
   VF_CTRL	开环伏/赫兹控制设置为 1
   CCW rotation	勾选为逆时针旋转，不勾选为顺时针旋转（从电机轴端看）
   Speed reference	速度参考

输入配置设置后，点击“Configure”。设置 VF_GAIN 和 VF_MAX_RATE 时需谨慎，若 VF_GAIN 设置过高，电机将吸取大电流，可能导致过流跳闸；若 VF_MAX_RATE 设置过高，电机电压和频率将快速上升，也可能导致过流跳闸。若发生过流、PWM 跳闸或 STO 跳闸，点击 GUI 的“Reset Trip”按钮，然后点击“Stop”，必要时降低 VF_GAIN 或 VF_MAX_RATE 以限制稳态和瞬态电流幅度，再重新启动电机。按下“Reset Trip”命令后，故障指示灯应会清除。

六、运行电机

要控制电机，导航到“Control and Monitor”选项卡。在此处，点击“Start”按钮启动电机，通过移动滑块或在数字框中输入速度来改变电机速度，也可通过移动滑块或在数字框中输入纳秒值来改变死区时间。

七、数据可视化

若要将可视化数据导入 GUI，必须加载演示 C 代码或可执行文件提供的链接器映射文件（MCdemo.map）。从“Configure”选项卡选择该文件，变量列表将显示出来。默认提供的变量在映射文件中有 UID 前缀，变量及其数据类型如下表所示。需要注意的是，GUI 无法从映射文件中确定变量是有符号还是无符号类型，若变量为有符号类型（如 duty_a），需在相关列中将类型从 UINT16 手动更改为 SINT16。	Variable Name	Variable	Data Type
duty_a	A 相占空比计数器	SINT16
duty_b	B 相占空比计数器	SINT16
duty_c	C 相占空比计数器	SINT16
ia_sinc	U 相电流 – SINC 安培值	SINGLE
ib_sinc	V 相电流 – SINC 安培值	SINGLE
ib_sinc_raw	V 相电流 – SINC ADC 值	SINT16
ic_sinc	W 相电流 – SINC 安培值	SINGLE
ic_sinc_raw	W 相电流 – SINC ADC 值	SINT16
theta_vf	开环电角度	SINGLE
Vab	U 相 - V 相线间电压 – SINC 伏特	SINGLE
Vbc	U 相 - V 相线间电压 – SINC 伏特	SINGLE
Vca	U 相 - V 相线间电压 – SINC 伏特	SINGLE
Vdc	直流母线电压	SINGLE
Vab_sinc_raw	U 相 - V 相线间电压 – SINC ADC 值	SINT16
Vdc_sinc_raw	直流母线电压 – SINC ADC 值	SINT16
error_code	故障代码（0 = 无故障，1 = PWM 跳闸，2 = SINC 过流跳闸，3 = 12V/3.3V 电源缺失，4 = 过热）	UINT8

选择要绘制的变量时，通过“Plot”列的复选框进行选择，变量可在 Plot 1 或 Plot 2 中绘制。使用 GUI 流式传输数据时，对字节数和缓冲区有一定限制，程序将总缓冲区大小限制为 1.7k 字节。可通过减小缓冲区大小（最大为 200）来增加绘制的变量数量，但允许的最大选定变量大小为 8 字节（例如 2xSINGLE 或 4xINT16，或 1xSINGLE + 2xINT16 等）。 准备绘制变量的步骤如下：

1. 选择所有要绘制的变量，并确定每个变量是在 Plot 1 还是 Plot 2 中绘制，同时要考虑最大缓冲区内存大小（1.7k）和每个缓冲区的最大字节数（8）。
2. 设置下采样因子，缓冲区时间片长度等于 PWM 开关周期乘以采样率。例如，采样率为 1 时，采样周期为 100μs，缓冲区长度为 200 时，绘图时间片长度为 20ms。若要查看更长的时间片，可增加下采样因子。
3. 点击“Update Configuration”。
4. 在“Control and Monitor”选项卡上，点击“Start Plotting”。
5. 若要更改变量，点击“Stop Plotting”，返回“Configure”选项卡更改配置的变量。

八、其他板功能

本快速入门指南介绍了如何使用 ADSP - CM408 EZkit 控制逆变器平台，但该平台设计为可轻松与任何合适的处理器或 FPGA 板配合使用。最低要求是提供六个 PWM 逻辑电平信号（3.3V）来驱动 IGBT，以及一个栅极驱动器使能信号。来自故障逻辑、手动拨盘/开关和 sigma - delta 调制器的反馈信号也可反馈到处理器或 FPGA。 此外，0.1” 头连接器上提供了备用的模拟和数字引脚，可用于将其他外部信号（如电机编码器反馈）路由到 ADSP - CM408 EZkit 或通过主 P1 连接器连接到其他处理器或 FPGA 套件。有关外部连接器 J4 - J9 的更多详细信息，请参考原理图。 板上还有许多测试点，可使用示波器查看板上信号，包括控制器侧和隔离电源电压、所有栅极驱动信号（逻辑电平和隔离）、所有 sigma - delta 调制器时钟和数据信号、sigma - delta 位流的模拟滤波输出（提供 U 相和 V 相电流以及 U - V 电机线间电压的模拟表示）、故障信号、使能信号和手动拨盘输出。 如前文所述，可将数字 PFC 控制器评估板连接到输入，以实现高达 300 - 600W 的交流市电操作。还提供了 I2C 隔离器和连接器，可将该板连接到其中一个 PFC 评估板的 I2C 连接器，以便从控制处理器或 FPGA 控制 PFC 评估板。

九、支持

若在 EV - MCS - ISOINV - Z 平台的设置和操作方面遇到支持问题，请访问 [工程师支持网站](https://ez.analog.com/community/motor - control - hardware - platforms2)。对于其他支持问题，可访问 技术支持网站，针对处理器和处理器工具的特定问题，可访问 相关社区 或发送电子邮件至 processor.tools.support@anal