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  • TIEVM-MTR-HVINV 750W 高压电机逆变器评估模块

    • ZHCUCJ3A October   2024  – December 2024

       

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  • TIEVM-MTR-HVINV 750W 高压电机逆变器评估模块
  1.   1
  2.   说明
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1评估模块概述
    1. 1.1 简介
    2. 1.2 套件内容
    3. 1.3 规格
    4. 1.4 器件信息
    5.     通用德州仪器 (TI) 高压评估 (TI HV EVM) 用户安全指南
  7. 2硬件
    1. 2.1 硬件说明
      1. 2.1.1 辅助电源
      2. 2.1.2 直流链路电压检测
      3. 2.1.3 电机相电压检测
      4. 2.1.4 电机相电流检测
        1. 2.1.4.1 三分流器电流检测
        2. 2.1.4.2 单分流器电流检测
      5. 2.1.5 外部过流保护
      6. 2.1.6 TMS320F2800F137 的内部过流保护
    2. 2.2 入门硬件
      1. 2.2.1 测试条件和设备
      2. 2.2.2 测试设置
  8. 3电机控制软件
    1. 3.1 三相 PMSM 驱动系统设计理论
      1. 3.1.1 PMSM 的磁场定向控制
        1. 3.1.1.1 空间矢量定义和投影
          1. 3.1.1.1.1 ( a ,   b ) ⇒ ( α , β ) Clarke 变换
          2. 3.1.1.1.2 ( α , β ) ⇒ ( d ,   q ) Park 变换
        2. 3.1.1.2 交流电机 FOC 基本配置方案
        3. 3.1.1.3 转子磁通位置
      2. 3.1.2 PM 同步电机的无传感器控制
        1. 3.1.2.1 具有锁相环的增强型滑模观测器
          1. 3.1.2.1.1 IPMSM 的数学模型和 FOC 结构
          2. 3.1.2.1.2 IPMS 的 ESMO 设计
            1. 3.1.2.1.2.1 使用 PLL 的转子位置和转速估算
      3. 3.1.3 弱磁 (FW) 和每安培最大扭矩 (MTPA) 控制
    2. 3.2 软件入门
      1. 3.2.1 GUI
      2. 3.2.2 下载并安装 C2000 软件
      3. 3.2.3 使用软件
      4. 3.2.4 工程结构
  9. 4测试过程和结果
    1. 4.1 构建级别 1：CPU 和电路板设置
    2. 4.2 构建级别 2：带 ADC 反馈的开环检查
    3. 4.3 构建级别 3：闭合电流环路检查
    4. 4.4 构建级别 4：完整电机驱动控制
    5. 4.5 测试程序
      1. 4.5.1 启动
      2. 4.5.2 构建和加载工程
      3. 4.5.3 设置调试环境窗口
      4. 4.5.4 运行代码
        1. 4.5.4.1 构建级别 1 测试程序
        2. 4.5.4.2 构建级别 2 测试程序
        3. 4.5.4.3 构建级别 3 测试程序
        4. 4.5.4.4 构建级别 4 测试程序
          1. 4.5.4.4.1 调整电机驱动 FOC 参数
          2. 4.5.4.4.2 调整弱磁和 MTPA 控制参数
          3. 4.5.4.4.3 调整电流检测参数
    6. 4.6 性能数据和结果
      1. 4.6.1 负载和热力测试
      2. 4.6.2 通过外部比较器进行过流保护
      3. 4.6.3 通过内部 CMPSS 进行过流保护
  10. 5硬件设计文件
    1. 5.1 原理图
    2. 5.2 PCB 布局
    3. 5.3 物料清单 (BOM)
  11. 6其他信息
    1. 6.1 已知硬件或软件问题
    2. 6.2 商标
    3. 6.3 术语
  12. 7参考资料
  13. 8修订历史记录
  14. 重要声明
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EVM User's Guide

TIEVM-MTR-HVINV 750W 高压电机逆变器评估模块

下载最新的英语版本

说明

TIEVM-MTR-HVINV 是一款 750W 开发板，适用于高压电机驱动应用。该 EVM 使用 InstaSPIN-FOC FAST™ 和 eSMO 无传感器观测器，实现了三相 PMSM 的无传感器 FOC 控制。该模块化设计允许通过即插即用方式将不同子板连接到同一主板。该 EVM 的硬件和固件经过测试，可供随时使用，有助于缩短开发时间。本用户指南中提供了设计详细信息和测试结果。

特性

  • 宽电压输入工作范围：165VAC 至 265VAC（50Hz/60Hz 时），或高达 400VDC
  • 具有高达 750W 的逆变器级、15kHz 开关频率、扭矩补偿和自动弱磁控制 (FWC)
  • 模块化设计支持在同一主板上使用不同 MCU 子板
  • 无传感器磁场定向控制 (FOC) 电机控制，支持 FAST™ 和 eSMO 两种观测器
  • 用户友好型图形用户界面 (GUI) 可方便进行无代码开发，并控制、识别和监控电机

应用

  • 洗衣机和烘干机
  • 空调室内机
  • 冰箱和冷冻柜
  • 电器：压缩机
  • 其他高压电机控制应用

TIEVM-MTR-HVINV TIEVM-MTR-HVINV EVM 电路板布局布线TIEVM-MTR-HVINV EVM 电路板布局布线

1 评估模块概述

1.1 简介

当今大型家电或类似应用所采用的电机控制技术必须满足日益增长的对于更低成本、更小尺寸、更高功率和更高能效的需求。此外，永磁同步电机 (PMSM) 在大型家电应用中越来越常用。

TIEVM-MTR-HVINV 提供了 750W 逆变器主板和带 MCU 的控制子板，如 TIEVM-MC-F280013x，便于用户在高压环境中评估 C2000 系列微控制器。

适用于 TIEVM-MTR-HVINV 的软件支持 FAST™ 和 eSMO 两种无传感器观测器，因此可以比较这两种算法的性能。用户友好型 GUI 还有助于识别电机并进行控制参数调优，从而加快开发速度。

1.2 套件内容

TIEVM-MTR-HVINV 开发套件包含以下几项：

  • TIEVM-MTR-HVINV 电源板/主板
  • TIEVM-MC-MODULE-F280013x 控制板/子板

  • 4 个螺柱和 4 颗螺钉，将安装在 TIEVM-MTR-HVINV 上的每个角中

虽然 TIEVM-MTR-HVINV 开发套件中不包含以下几项，但使用 EVM 时需要它们：

  • XDS110ISO-EVM 插件隔离仿真器板
  • USB Type-A 转 USB Type-C® 电缆或 USB Type-C® 转 USB Type-C® 电缆，用于将 PC 连接到 XDS110ISO-EVM

  • 1 个 HV 电机

    • 支持多种电机，包括完全定制的电机（通过 user_mtr1.h 文件和/或 MCU-MOTOR-CONTROL-GUI 定制电机接口进行定制）。

    • Estun EMJ-04APB22 电机规格实现已知非常适合此系统，并且在 MCU-MOTOR-CONTRL-GUI 接口中提供一个集成选项。

注意：

作为 TIEVM-MTR-HVINV 电源板/主板的一部分，已提供一根 8A 250V 保险丝。

如果需要更换保险丝，请参阅电路板 BOM，了解保险丝详细信息和额定值（列为元件 F1）。确保所有主板和子板元件已安全断电。轻轻拆下 XF1 和 XF2 固定的现有保险丝。更换新保险丝。

1.3 规格

表 1-1 中列出了 TIEVM-MTR-HVINV 规格。

表 1-1 主要系统规格

参数

测试条件最小值标称值最大值单位
系统输入/外部电源输出特性
输入电压 (VINAC)–165230265VAC
输入频率 (fLINE)–475063Hz
空载待机功耗 (PNL)VINAC = 230V，Iout = 0A–3.0–W
输入电流 (IIN)VINAC = 230V，Iout = IMAX–

8

–A

电机逆变器特性

PWM 开关频率 (fSW)––15

20

kHz
额定输出功率 (POUT)VINAC = 标称值–500

750

W
输出电流 (IRMS)(1)VINAC = 标称值–

3

–A
逆变器效率 (Ƞ)VINAC = 标称值，POUT = 标称值–98–%
电机电频率 (f)VINAC = 最小值至最大值20200400Hz
故障保护过流、恢复失速、欠压、过压
驱动控制方法和功能采用三个或单个用于电流检测的分流电阻器的无传感器 FOC
系统特性
内置辅助电源VINAC = 最小值至最大值15V ±10%、200mA，3.3V ±10%、300mA
工作环境温度开放式框架-102555°C
电路板尺寸长 × 宽 × 高105mm × 85mm × 60mmmm3
注意：

TI 期望该 EVM 仅在实验室环境中操作，不应将该器件作为成品用于一般消费用途。

TI 期望该 EVM 仅由合格工程师和技术员使用，且他们应熟悉与处理高电压电子和机械元件、系统及子系统相关的风险。

危险：

高电压！如电路板的电压和电流处理不当或施加不正确，则可能导致电击、火灾或伤害事故。将电路板连接到火线时可能会触电。电路板必须由专业人员小心处理。

为安全起见，必须使用具有过压/过流保护的隔离式测试设备。如果可能，应在符合高压测试规定的外壳中进行测试。

警告： 表面高温！接触会导致烫伤。请勿触摸！电路板上电后，某些元件可能会达到 55°C 以上的高温。由于存在高温，在使用过程中或使用刚结束时，用户不得触摸电路板。
警告： 请勿在无人照看的情况下使该 EVM 通电。
注：

TI 建议使用符合适用地区安全标准（例如，UL、CSA、VDE、CCC 和 PSE 等）的外部电源或电源配件。

1. 参考输出功率和具体电机特性，以确定输出电流。

1.4 器件信息

  • TMS320F280013x 是 C2000™ 可扩展、超低延迟实时微控制器器件系列中的一款器件，专为提高电力电子应用的效率而设计。实时控制子系统基于 TI 的 32 位 C28x 数字信号处理器 (DSP) 内核，可针对从片上闪存或 SRAM 运行的浮点或定点代码提供 120MHz 的信号处理性能。三角函数加速器 (TMU) 和循环冗余校验 (VCRC) 扩展指令集进一步增强了 C28x CPU 的性能，从而加快了实时控制系统关键常用算法的速度。高性能模拟块集成在 F280013x 实时微控制器 (MCU) 上，并与处理单元和 PWM 单元紧密耦合，从而提供出色的实时信号链性能。14 个 PWM 通道均支持与频率无关的分辨率模式，可控制从三相逆变器到高级多级电源拓扑的各种功率级。连接可以通过各种业界通用通信端口（如 SPI、三个 SCI|URAT、I2C 和 CAN）进行，另外还提供了多个引脚多路复用选项，可实现出色的信号布局。

  • TLV740P 低压降 (LDO) 线性稳压器是一款低静态电流 LDO，具有出色的线路和负载瞬态性能，专为对功耗敏感的应用设计。此器件可提供 1% 的典型精度。

    TLV740P 还可在器件上电和使能期间提供浪涌电流控制。TLV740P 将输入电流限制为定义的电流限值，从而防止从输入电源流出的电流过大。此功能对于电池供电类器件尤为重要。

  • TLV9062 是具有轨到轨输入和输出摆动功能的双路低压（1.8V 至 5.5V）运算放大器。该器件是非常具有成本效益的设计，适用于需要低电压运行、小型封装尺寸和高容性负载驱动能力的应用。虽然 TLV906x 的容性负载驱动能力为 100pF，但电阻式开环输出阻抗便于在更高的容性负载下更轻松地实现稳定。TLV906xS 器件具有关断模式，允许放大器切换至典型电流消耗低于 1µA 的待机模式。TLV906xS 系列有助于简化系统设计，因为该系列具有稳定的单位增益，集成了 RFI 和 EMI 抑制滤波器，而且在过驱条件下不会出现相位反转。

  • TMP61x 线性热敏电阻可在整个温度范围内提供线性度和始终如一的灵敏度，支持使用简单而准确的方法进行温度转换。该器件的低功耗和较小的热质量可充分减小自发热的影响。

    这些器件具有内置的高温失效防护性能以及对环境变化的强大抵抗力，设计用于长寿命的高性能应用。TMP6 系列器件外型小巧，可靠近热源放置，并具有快速响应时间。

  • TPS54202 是一款输入电压范围为 4.5V 至 28V 的 2A 同步降压转换器。该器件包含两个集成式开关场效应晶体管 (FET) 并且具备内部回路补偿和 5ms 内部软启动功能，可降低组件数。

    高级 Eco-mode 实现可尽可能提高轻负载效率并降低功率损耗。

    两个高侧 MOSFET 内的逐周期电流限制可在过载情况下保护转换器，并通过低侧 MOSFET 续流电流限制防止电流失控，增强限制效果。

  • UCC28881 在单片器件中集成了控制器和 14Ω、700V 功率 MOSFET。该器件还集成了高压电流源，能够在经整流的市电电压下直接启动和运行。UCC28881 与 UCC28880 属于同一系列的器件，但电流更高。

    该器件的静态电流较低，能够提供出色的效率。凭借 UCC28881，使用很少的外部元件即可构建降压、降压/升压以及反激拓扑等常用的转换器拓扑。

 
Texas Instruments

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