TDPS1000E0E10 半橋評(píng)估板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用解析

在電子工程領(lǐng)域，對(duì)于開關(guān)特性和效率的研究至關(guān)重要。今天我們就來(lái)詳細(xì)探討一下 Transphorm 的 TDPS1000E0E10 半橋評(píng)估板，它為我們研究開關(guān)特性和效率提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

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評(píng)估板簡(jiǎn)介

TDPS1000E0E10 半橋評(píng)估板為簡(jiǎn)單的降壓或升壓轉(zhuǎn)換器提供了基本元件，可用于研究 Transphorm 的 600V GaN 功率開關(guān)的開關(guān)特性和效率。無(wú)論是降壓還是升壓模式，電路都可以配置為同步整流。評(píng)估板通過(guò)跳線可以選擇使用單個(gè)邏輯輸入或單獨(dú)的高低輸入。其高壓輸入和輸出最高可在 400Vdc 下工作，功率輸出最高可達(dá) 1kW。板上提供的電感適用于 100kHz 的高效運(yùn)行，但也可以輕松更換其他電感和頻率。

輸入/輸出規(guī)格

高壓輸入/輸出

最大為 400Vdc，這為高壓應(yīng)用提供了可能。

輔助電源（J1）

電壓范圍在 10V 到 18V 之間，為評(píng)估板的正常運(yùn)行提供穩(wěn)定的輔助電源。

邏輯輸入

標(biāo)稱值為 0 - 5V。對(duì)于脈沖生成電路，可直接連接到柵極驅(qū)動(dòng)器，SMA 同軸連接器要求 (V{lo} < 1.5V) ， (V{hi} > 3.0V) ，或 (V{lo} < 0.8V) ， (V{hi} > 2.0V) 。

開關(guān)頻率

開關(guān)頻率取決于配置，下限由電感峰值電流決定，上限由所需的死區(qū)時(shí)間和功率耗散決定。HEMT 中的功率耗散受最大結(jié)溫限制，具體可參考 TPH3006PS 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

電路描述

基本組成

電路由一個(gè)簡(jiǎn)單的半橋組成，包含兩個(gè) TPH3006PS GaN 功率晶體管。提供兩個(gè)高壓端口，根據(jù)配置（升壓或降壓）可作為輸入或輸出。在任何一種情況下，一個(gè)晶體管作為有源功率開關(guān)，另一個(gè)承載續(xù)流電流。由于 GaN 功率晶體管的反向恢復(fù)電荷低，不需要額外的續(xù)流二極管。

輸入連接

提供兩個(gè)輸入連接器，可連接到高低柵極驅(qū)動(dòng)器的邏輯電平命令信號(hào)源。兩個(gè)輸入可以由板外信號(hào)源驅(qū)動(dòng)，也可以將單個(gè)信號(hào)源連接到板上的脈沖發(fā)生器電路，該電路會(huì)生成兩個(gè)非重疊脈沖。跳線決定輸入信號(hào)的使用方式。

電感

板上提供一個(gè) 320uH 的環(huán)形電感，旨在展示在 100kHz 開關(guān)頻率下，對(duì)于高達(dá) 1kW 的功率，在尺寸和效率之間的合理折衷。

評(píng)估板使用方法

功能評(píng)估

該評(píng)估板可用于評(píng)估各種電路配置中的基本開關(guān)功能，它不是一個(gè)完整的電路，而是一個(gè)構(gòu)建模塊?？梢栽诜€(wěn)態(tài) DC/DC 轉(zhuǎn)換器模式下使用，輸出功率最高可達(dá) 1kW。根據(jù)電路配置和所需的工作溫度，在較高功率水平下可能需要強(qiáng)制空氣流動(dòng)。

配置方式

降壓和升壓模式連接

降壓模式下，HVdc 輸入（端子 J2、J3）連接到高壓電源，輸出從端子 J5 和 J7 取出。升壓模式下，連接方式相反。需要注意的是，升壓模式下必須連接負(fù)載，負(fù)載電流會(huì)影響輸出電壓，直到從 DCM 過(guò)渡到 CCM。而降壓模式下，負(fù)載可以是開路。

柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)配置

有多種配置方式。可以使用單個(gè)外部信號(hào)源與板上脈沖生成電路配合，也可以使用兩個(gè)外部信號(hào)源作為柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入。無(wú)論哪種配置，都必須在連接器 J1 提供 10V - 18V 的輔助電源電壓。如果使用 50 歐姆信號(hào)源并需要 50 歐姆終端，則可以將下拉電阻 R5 和 R6 替換（或并聯(lián)）為 1206 尺寸的 50 歐姆電阻。

死區(qū)時(shí)間控制

柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的形式要求存在死區(qū)時(shí)間，即兩個(gè)晶體管都不導(dǎo)通的時(shí)間，以避免直通電流。Si8230BB 柵極驅(qū)動(dòng)芯片根據(jù)連接到 DT 輸入的電阻 R7 的值確保最小死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間（ns）等于電阻值（kohm）乘以 10，默認(rèn)值 5.7k 對(duì)應(yīng) 57ns。這會(huì)加上輸入信號(hào)中已有的任何死區(qū)時(shí)間。板上脈沖發(fā)生器電路會(huì)產(chǎn)生約 60ns 的死區(qū)時(shí)間，最終 Q1 和 Q2 柵極引腳的死區(qū)時(shí)間約為 120ns。短路或移除 R7 可將死區(qū)時(shí)間減少到 60ns。

設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

電路原理圖和物料清單

探測(cè)與注意事項(xiàng)

探測(cè)方法

板上提供了標(biāo)記為測(cè)試點(diǎn) 4 和 5（TP4、TP5）的鍍通孔，用于探測(cè)開關(guān)波形。為了在測(cè)量過(guò)程中最小化電感，探頭的尖端和接地應(yīng)直接連接到感應(yīng)點(diǎn)，以最小化感應(yīng)回路。為了安全、可靠和準(zhǔn)確地測(cè)量，可以將示波器探頭尖端直接焊接到 TP4，并將短接地線焊接到 TP5。也有不需要焊接探頭尖端的替代方法。

注意事項(xiàng)

該評(píng)估板沒(méi)有針對(duì)過(guò)流或過(guò)壓的特定保護(hù)措施。如果在升壓模式下使用板上脈沖生成電路，零輸入對(duì)應(yīng)于有源低側(cè)開關(guān)的 100% 占空比。

效率測(cè)試

在升壓模式下，輸入 200Vdc，輸出 400Vdc，開關(guān)頻率為 100kHz 時(shí)，對(duì)該電路的效率進(jìn)行了測(cè)量。

通過(guò)對(duì) TDPS1000E0E10 半橋評(píng)估板的詳細(xì)分析，我們可以看到它在研究開關(guān)特性和效率方面的強(qiáng)大功能。電子工程師們可以根據(jù)實(shí)際需求，靈活配置和使用該評(píng)估板，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到什么有趣的問(wèn)題或者有更好的使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享。