AURIX? TC3xx 電機控制電源板：設(shè)計解析與特性洞察

一、引言

作為一名電子工程師，在電機控制領(lǐng)域不斷探索新的解決方案是我們的日常工作。今天要給大家介紹的 AURIX? TC3xx 電機控制電源板，就是一款在電機控制應(yīng)用中具有獨特優(yōu)勢的產(chǎn)品。

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這款電源板是 KIT_A2G_TC387_MOTORCTR 套件（eMotor 套件）的一部分，要讓電機運轉(zhuǎn)起來，需要搭配匹配的控制板與它進(jìn)行接口連接。它與配備 TFT 顯示屏、采用 LFBGA - 292 封裝的 AURIX? TC3x7 的 AURIX? 應(yīng)用套件兼容。它具備基于傳感器和無傳感器的磁場定向控制（FOC）以及方波換向控制所需的所有組裝電路，還提供了低壓直流連接器、用于連接電機的三相輸出以及用于編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和霍爾等位置傳感器的連接器。

二、主要特性亮點

元件布局與驅(qū)動能力

該電源板的所有組件均為表面貼裝器件（SMD），且僅放置在頂層，這使得 PCB 布局更加簡潔，便于組裝和維護。它能夠驅(qū)動 12V、最大 50W 的三相永磁同步電機（PMSM）或無刷直流電機（BLDC），滿足了多種中小功率電機的驅(qū)動需求。

多方式位置傳感

支持使用旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器或霍爾傳感器來感知電機位置，為不同的應(yīng)用場景提供了多種選擇。在實際項目中，我們可以根據(jù)電機的類型、精度要求以及成本等因素，靈活選擇合適的傳感器。

先進(jìn)的柵極驅(qū)動與電流電壓傳感

采用了先進(jìn)的柵極驅(qū)動器 TLE9180D - 31QK，具備通過 SPI 進(jìn)行配置和診斷的功能，方便我們對電源板進(jìn)行調(diào)試和監(jiān)控。同時，它還具備多種電流和電壓傳感功能，包括高側(cè)直流母線電流傳感、低側(cè)直流母線電流傳感、通過接地路徑中的兩個或三個分流器進(jìn)行相電流傳感、直流母線電壓傳感以及相電壓傳感等。這些傳感功能為電機的精確控制提供了必要的數(shù)據(jù)支持。

兼容性與外觀尺寸

完美適配配備 TFT 顯示屏、采用 LFBGA - 292 封裝的 AURIX? TC3xx 應(yīng)用套件，增強了系統(tǒng)的集成性。此外，它還帶有低功率狀態(tài) LED，方便我們直觀地了解電源板的工作狀態(tài)。其 PCB 尺寸為 100mm x 120mm，并且所有測試點都可以從底部訪問，這為調(diào)試和測試工作帶來了極大的便利。

三、內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析

整體框圖

從低電壓電機控制電源板的框圖來看（如圖 1），它包括低壓直流連接器、控制板連接器、低功率電機連接器、旋轉(zhuǎn)變壓器連接器、編碼器連接器和霍爾傳感器連接器。輔助電源 TLE42744DVD50 為先進(jìn)的柵極驅(qū)動器 TLE9180D - 31QK 和電機位置傳感器接口提供 5V 電源，LED 則指示 5V 電壓的生成情況。

關(guān)鍵部分詳解

• 電流傳感：相電流傳感可以通過接地路徑中的兩個或三個分流器來實現(xiàn)，低側(cè)直流母線電流傳感只需進(jìn)行少量改動即可使用。TLE9180D - 31QK 集成了三個可編程增益的電流傳感放大器，高側(cè)直流母線電流傳感則采用了雙向、零漂移、高速的電流分流監(jiān)測器。
• 電壓傳感：直流母線電壓和相電壓傳感通過帶有 RC 濾波器的電阻分壓器直接測量，并提供了用于保護微控制器引腳的齊納二極管安裝選項。
• 三相功率橋：由三個 IPG20N04S4 - 08A 雙 N 溝道 MOSFET 組成，為電機提供穩(wěn)定的三相功率輸出。

四、元件與測試點布局

電源板的頂部和底部分別展示了元件和測試點的布局（如圖 2 和圖 3）。了解這些布局對于我們進(jìn)行電路設(shè)計、調(diào)試和故障排查都非常重要。在實際操作中，我們可以根據(jù)布局圖快速定位到需要的元件和測試點，提高工作效率。

五、使用注意事項

評估用途說明

需要注意的是，這款電源板僅用于評估目的，并非最終產(chǎn)品。在使用過程中，我們要特別關(guān)注柵極驅(qū)動器的死區(qū)時間設(shè)置，因為電源板沒有制動斬波器或類似的硬件保護來吸收電機再生制動期間產(chǎn)生的能量。所以，無論如何，用戶都應(yīng)該通過軟件或額外的硬件來確保正確監(jiān)測電壓和電流。

產(chǎn)品信息與責(zé)任聲明

文檔中包含的信息僅作為產(chǎn)品實施的提示，不能視為對產(chǎn)品特定功能、條件或質(zhì)量的描述或保證。在實施產(chǎn)品之前，必須在實際應(yīng)用中驗證其中給出的任何功能和其他技術(shù)信息。英飛凌科技對文檔中給出的所有信息不承擔(dān)任何形式的保證和責(zé)任。同時，由于技術(shù)要求，產(chǎn)品可能包含危險物質(zhì)，如需了解相關(guān)信息，可聯(lián)系最近的英飛凌科技辦公室。

AURIX? TC3xx 電機控制電源板為電機控制應(yīng)用提供了一個功能豐富、易于使用的解決方案。作為電子工程師，我們可以根據(jù)其特性和結(jié)構(gòu)，結(jié)合具體的項目需求，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，設(shè)計出更加高效、穩(wěn)定的電機控制系統(tǒng)。大家在使用這款電源板的過程中，有沒有遇到什么特別的問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。