深入解析Eval-1ED3321MC12N評(píng)估板：開(kāi)啟高效功率驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)之旅

在電子工程領(lǐng)域，功率驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)一直是一個(gè)關(guān)鍵且具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。今天，我們將深入探討Infineon的Eval-1ED3321MC12N評(píng)估板，它為評(píng)估1ED3321MC12N EiceDRIVER?隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。

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評(píng)估板概述

Eval-1ED3321MC12N評(píng)估板專為設(shè)計(jì)工程師在半橋配置中評(píng)估1ED3321MC12N EiceDRIVER?隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC而設(shè)計(jì)。該板尺寸為(85 ×55 ×28 ~mm^{3})（未組裝功率開(kāi)關(guān)），由于是為非連續(xù)評(píng)估（如雙脈沖測(cè)試）設(shè)計(jì)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別考慮功率軌道的電流能力和功率開(kāi)關(guān)的散熱問(wèn)題。同時(shí)，建議在高壓輸入處添加額外的高壓去耦電容。

評(píng)估板配備了兩個(gè)Infineon TRENCHSTOP? IGBT4 IKW40N120H3功率晶體管，但這些開(kāi)關(guān)可以替換為其他所需的開(kāi)關(guān)，如Infineon IGBT、CoolSiC?或CoolMOS?晶體管。

主要特性

• 高輸出性能：絕對(duì)最大輸出電源電壓為40 V，典型輸出電流高達(dá)+6 A / -8.5 A，并且具有獨(dú)立的源極和漏極輸出，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的柵極驅(qū)動(dòng)。
• 保護(hù)功能：具備DESAT短路保護(hù)、軟關(guān)斷選項(xiàng)、有源米勒鉗位功能和主動(dòng)關(guān)斷功能，為電路提供可靠的保護(hù)。
• 高速性能：高共模瞬態(tài)抗擾度（CMTI > 300 kV / μs），典型傳播延遲為85 ns，并且IC間傳播延遲匹配緊密。
• 輸入兼容性：支持3.3 V和5 V輸入電源電壓。
• 封裝與認(rèn)證：采用DSO - 16寬體封裝，爬電距離為8 mm，具有UL 1577認(rèn)證（(V{ISO, test }=6840 ~V(rms)) for 1s，(V{ISO }=5700 ~V(rms)) for 60 s），IEC 60747 - 17/VDE 0884 - 11認(rèn)證（待批準(zhǔn)），(V_{IORM }=1.767 kV)（峰值，加強(qiáng)型）。

板參數(shù)與技術(shù)數(shù)據(jù)

評(píng)估板的絕對(duì)最大額定值和推薦工作條件在文檔中有詳細(xì)說(shuō)明，這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)和使用評(píng)估板時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。例如，隔離電源輸入電壓范圍為 -0.3 … 20 V（參考SGND，僅適用于Eval - PSIR2085），直流母線電壓范圍為 -0.2 … 900 V（參考GND功率端子）等。

系統(tǒng)與功能描述

開(kāi)始使用

評(píng)估板優(yōu)化為可與5 V和3.3 V的VCC1初級(jí)側(cè)電源電壓一起使用，初級(jí)側(cè)輸入信號(hào)的閾值始終與VCC1電源電壓成比例。建議使用EiceDRIVER? Eval - PSIR2085隔離電源板為評(píng)估板供電，它可以為柵極驅(qū)動(dòng)器IC的開(kāi)關(guān)側(cè)提供兩個(gè)電氣隔離的電源軌，以及為柵極驅(qū)動(dòng)器IC的初級(jí)側(cè)提供一個(gè)電源軌。

前提條件

在開(kāi)始使用評(píng)估板之前，需要準(zhǔn)備以下設(shè)備：

• EiceDRIVER? Eval - PSIR2085隔離電源板
• 在高壓電源端子（X90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)）之間組裝外部高壓去耦電容（100 μF）
• 能夠提供15 V、100 mA的低壓電源，用于為初級(jí)側(cè)電源電路供電
• 合適的函數(shù)發(fā)生器，用于產(chǎn)生雙脈沖模式
• 高壓電源，用于為功率級(jí)供電
• 適合雙脈沖測(cè)試的電感負(fù)載

上電順序

1. 將Eval - 1ED3321MC12N連接到EiceDRIVER? Eval - PSIR2085隔離電源板。
2. 將雙脈沖模式發(fā)生器連接到Eval - 1ED3321MC12N的輸入引腳。根據(jù)需要評(píng)估的開(kāi)關(guān)能力，將模式發(fā)生器連接到相應(yīng)的引腳。
3. 將電感負(fù)載的一端連接到端子X(jué)90 - 2 (PHASE)，另一端根據(jù)雙脈沖測(cè)試要求連接到X90 - 1 (HV+)（用于低側(cè)測(cè)試）或X90 - 3 (HV -)（用于高側(cè)測(cè)試）。
4. 在連接器X1 - 12 (+15V)和X1 - 9 (SGND)處提供+15.5 V和地。
5. 綠色LED D6 (VCC1_OK)亮起，表示初級(jí)側(cè)電源電壓已存在。
6. 綠色LED D10 (RDY)亮起，表示柵極驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部通信正常，初級(jí)和次級(jí)電源均存在且高于欠壓鎖定（UVLO）水平，并且柵極驅(qū)動(dòng)器正常工作。
7. 綠色LED D7 (FLT_N)亮起，表示柵極驅(qū)動(dòng)器未檢測(cè)到任何故障。
8. 將高壓電源連接到連接器X90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)。

操作示例

正常操作

在典型的低側(cè)IGBT雙脈沖測(cè)試中，評(píng)估板使用EiceDRIVER? Eval - PSIR2085隔離電源板供電，IGBT柵極由+15 V和 -7.5 V驅(qū)動(dòng)，板上在端子X(jué)90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)之間提供600 V電壓，一個(gè)200 μH的負(fù)載電感器與高側(cè)IGBT并聯(lián)連接。

短路關(guān)斷

當(dāng)評(píng)估板在I型短路瞬態(tài)下工作時(shí)，在端子X(jué)90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)之間提供600 V直流母線電壓，通過(guò)在端子X(jué)90 - 1 (HV+)和X90 - 2 (PHASE)之間放置跳線來(lái)創(chuàng)建短路。當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，它會(huì)直接進(jìn)入去飽和狀態(tài)，電流上升到150 A。在DESAT前沿消隱時(shí)間過(guò)后，內(nèi)部鉗位釋放DESAT引腳，DESAT電容開(kāi)始充電。一旦DESAT引腳電壓超過(guò)去飽和參考電平，檢測(cè)到去飽和，內(nèi)部電路開(kāi)始啟動(dòng)關(guān)斷操作。由于1ED3321MC12N隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC具有軟關(guān)斷功能，柵極電流被控制以限制集電極 - 發(fā)射極電壓（(VCE)）的關(guān)斷過(guò)沖。之后，1ED3321MC12N柵極驅(qū)動(dòng)器IC將進(jìn)入故障模式，忽略進(jìn)一步的輸入PWM信號(hào)。

使用CoolSiC? MOSFET的短路關(guān)斷

通過(guò)將Infineon TRENCHSTOP? IGBT4 IKW40N120H3功率晶體管替換為Infineon CoolSiC? IMW120R045M1 MOSFET，并調(diào)整Eval - PSIR2085隔離電源，使柵極驅(qū)動(dòng)器IC的次級(jí)側(cè)由+15 V / -2 V供電。在這種情況下，當(dāng)?shù)蛡?cè)晶體管導(dǎo)通進(jìn)入I型短路時(shí)，晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，電流上升到250 A。當(dāng)前沿消隱時(shí)間過(guò)去后，DESAT引腳電壓開(kāi)始上升，一旦超過(guò)去飽和參考電平，檢測(cè)到去飽和并啟動(dòng)關(guān)斷操作。當(dāng)CoolSiC?關(guān)斷且電流在約2.1 μs內(nèi)達(dá)到零時(shí)，保護(hù)功能對(duì)于額定短路耐受時(shí)間為3 μs的CoolSiC? IMW120R045M1 MOSFET是足夠的。

無(wú)去飽和電容的CoolSiC? MOSFET短路關(guān)斷

為了實(shí)現(xiàn)更快的去飽和保護(hù)時(shí)間，可以減少或完全移除去飽和電容。在這種情況下，低側(cè)晶體管導(dǎo)通進(jìn)入I型短路時(shí)，由于沒(méi)有去飽和電容需要充電，DESAT引腳電壓上升更快，短路在約1.2 μs內(nèi)被檢測(cè)并關(guān)斷。

帶有DESAT充電電路過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的CoolSiC? MOSFET短路關(guān)斷

在某些情況下，即使減少去飽和電容也不夠，此時(shí)可以通過(guò)外部電路對(duì)去飽和檢測(cè)電路進(jìn)行過(guò)驅(qū)動(dòng)。Eval - 1ED3321MC12N PCB設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)未組裝的電路，通過(guò)增加DESAT引腳充電電流和提高DESAT引腳的穩(wěn)態(tài)電壓，可以進(jìn)一步縮短DESAT電路的反應(yīng)時(shí)間。在這個(gè)例子中，使用60 V SOD 523二極管和3 kΩ電阻，保護(hù)電路在約800 ns內(nèi)做出反應(yīng)并關(guān)斷器件。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原理圖

評(píng)估板的原理圖展示了其電路結(jié)構(gòu)，為工程師提供了深入了解板級(jí)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通過(guò)分析原理圖，工程師可以更好地理解各個(gè)組件之間的連接和工作原理。

布局

評(píng)估板采用兩層PCB設(shè)計(jì)，其布局可作為開(kāi)發(fā)更復(fù)雜應(yīng)用電路的起點(diǎn)。文檔中提供了裝配圖以及頂層和底層的視圖，幫助工程師進(jìn)行電路布局和布線的參考。

物料清單

完整的物料清單可在Infineon主頁(yè)的下載部分獲取，其中詳細(xì)列出了評(píng)估板上使用的各種組件，包括電容、電阻、二極管、晶體管、集成電路和連接器等，為工程師進(jìn)行物料采購(gòu)和替換提供了便利。

連接器細(xì)節(jié)

文檔詳細(xì)介紹了評(píng)估板上各個(gè)連接器的功能和連接方式，包括高壓連接器、低壓輸入側(cè)連接器、低側(cè)和高側(cè)電源連接器等。這些信息對(duì)于正確連接外部設(shè)備和電源至關(guān)重要。

測(cè)試點(diǎn)

評(píng)估板上的測(cè)試點(diǎn)用于測(cè)量各種信號(hào)，文檔中列出了測(cè)試點(diǎn)的名稱、測(cè)量的信號(hào)以及測(cè)試點(diǎn)的接地參考，方便工程師進(jìn)行電路調(diào)試和性能測(cè)試。

總結(jié)

Eval-1ED3321MC12N評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)全面的平臺(tái)，用于評(píng)估1ED3321MC12N EiceDRIVER?隔離柵極驅(qū)動(dòng)器IC的功能和性能。通過(guò)詳細(xì)的操作示例和系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息，工程師可以更好地了解評(píng)估板的工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景，從而為實(shí)際的功率驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供有力的支持。在使用評(píng)估板時(shí)，工程師需要嚴(yán)格遵守安全注意事項(xiàng)，確保自身安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)于評(píng)估板的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，你是否有自己獨(dú)特的想法和經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的見(jiàn)解。