探索EVAL - 1ED3491Mx12M評估板：實現(xiàn)IGBT與MOSFET驅(qū)動的理想之選

一、引言

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的門極驅(qū)動器對于功率電子設備的設計至關重要。英飛凌的EiceDRIVER? 1ED - X3 Analog系列門極驅(qū)動器IC具有諸多出色特性，而EVAL - 1ED3491Mx12M評估板則為我們提供了一個絕佳的平臺，來深入了解和評估這些驅(qū)動器的性能。今天，我們就來詳細探討一下這個評估板。

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二、評估板概述

2.1 評估板用途

EVAL - 1ED3491Mx12M評估板主要用于評估英飛凌EiceDRIVER? 1ED - X3 Analog 1ED3491MU12M或1ED3491MC12M門極驅(qū)動器IC在應用電路中的產(chǎn)品特性。它采用半橋配置，配備兩個門極驅(qū)動器IC，可驅(qū)動IGBT、Si MOSFET和CoolSiC? SiC MOSFET等功率開關。

2.2 適用人群

對于想要學習如何使用英飛凌EiceDRIVER的工程師、設計英飛凌EiceDRIVER IGBT和CoolSiC SiC MOSFET電路的經(jīng)驗豐富的設計工程師，以及設計逆變器等功率電子設備的工程師來說，這個評估板是一個很好的學習和實踐工具。

三、門極驅(qū)動器IC特性

3.1 電氣參數(shù)

• 耐壓范圍廣：可適配600 V、650 V、900 V和1200 V的IGBT、SiC和Si MOSFET。
• 輸出電流多樣：具有±3 A、±6 A和±9 A典型的灌電流和拉電流峰值輸出電流。
• 輸出電壓：絕對最大輸出電源電壓為40 V。

3.2 功能特性

• 獨立輸出：具有獨立的源極和漏極輸出，適用于硬開關，并帶有有源米勒鉗位/鉗位驅(qū)動器。
• 參數(shù)可調(diào)：通過輸入側(cè)的調(diào)整引腳進行參數(shù)配置。
• 精準檢測：具備精確的(VCEsat)檢測（DESAT）功能，帶有故障輸出，可通過ADJB引腳的電阻調(diào)整濾波時間和前沿消隱時間。
• 軟關斷功能：在檢測到飽和后，可通過ADJA引腳的電阻調(diào)整IGBT軟關斷電流。
• 高溫性能：可在高達125 °C的環(huán)境溫度下工作，在160 °C（±10 °C）時進行過溫關斷。
• 傳播延遲匹配：IC間傳播延遲匹配緊密（(t_{PDD, max } = 30 ~ns)）。
• 欠壓鎖定保護：輸入和輸出側(cè)均有帶遲滯的欠壓鎖定保護，并具備主動關斷功能。
• 高共模瞬態(tài)抗擾度：(CMTI = 200 kV / mu s)。
• 封裝優(yōu)勢：采用節(jié)省空間的DSO - 16細間距封裝，爬電距離大（(>8mm)）。
• 安全認證：計劃獲得UL 1577認可（(V{ISO,test } = 6840 ~V)（rms），1s；(V{ISO } = 5700 ~V)（rms），60s）和IEC 60747 - 17/VDE 0884 - 11認證（(V_{IORM } = 1.4 kV)（峰值，加強絕緣））。

3.3 潛在應用

該驅(qū)動器IC適用于工業(yè)電機驅(qū)動器（緊湊型、標準型、高級型、伺服驅(qū)動器）、太陽能逆變器、UPS系統(tǒng)、焊接設備、商用和農(nóng)業(yè)車輛（CAV）、商用空調(diào)（CAC）、高壓隔離DC - DC轉(zhuǎn)換器以及隔離式開關模式電源（SMPS）等領域。

四、評估板電氣描述

4.1 絕對最大額定值和工作條件

評估板上的所選組件和門極驅(qū)動器IC都有最大額定值和工作條件，以避免損壞各個部件和整個評估板。例如，輸入電源電壓P15VP范圍為 - 0.3 … 20 V，初級側(cè)電源電壓VCC范圍為 - 0.3 … 6.5 V等。評估板針對5 V和3.3 V的VCC電源電壓進行了優(yōu)化，用戶可通過跳線J40選擇工作電壓。

4.2 初始設置

評估板在組裝時已進行預配置。當前DESAT前沿消隱時間為1150 ns，DESAT濾波時間為2375 ns，對應電阻R13和R23的值為13.7 kΩ；預設的DESAT事件軟關斷電流典型值為131 mA，對應電阻R14和R24的值為1.91 kΩ。

4.3 啟動步驟

1. 選擇輸入電壓：通過跳線J40選擇5 V或3.3 V的輸入電壓操作。
2. 啟用電源：確保跳線J70打開，以啟用內(nèi)置隔離電源。
3. 連接PWM信號：將PWM信號連接到連接器X1的數(shù)字接口，分別用于上開關（IN - HS，GND）和下開關（IN - LS，GND）。
4. 連接負載：將電感負載的一端連接到X90 - 2（PHASE），另一端根據(jù)雙脈沖測試要求連接到X90 - 1（P1000VP）或X90 - 3（GND）。
5. 供電：在連接器X40 - 2提供 + 15.5 V的P15VP電壓，并將電源返回SGND連接到連接器X40 - 2。
6. 觀察LED狀態(tài)：綠色LED D41（15V_ok）亮起表示輸入電源存在；綠色LED D46（VCC1_ok）亮起表示門極驅(qū)動器的初級側(cè)已供電；綠色LED D42（FLT#）和D44（RDYC）亮起表示兩個芯片的次級側(cè)已正確供電，門極驅(qū)動器IC未檢測到故障，且驅(qū)動器IC準備好運行。
7. 連接高壓電源：將高壓電源連接到連接器X90 - 3（GND）和X90 - 1（P1000VP），此時評估板即可進行雙脈沖評估。

4.4 故障檢測

4.4.1 DESAT保護及時間調(diào)整

門極驅(qū)動器IC具有去飽和保護功能，可保護外部開關在短路事件中免受損壞。當DESAT引腳電壓達到閾值時，驅(qū)動器IC通過軟關斷方法關閉外部開關，并拉低FLT#引腳表示故障并鎖存信號。由于FLT#信號在兩個門極驅(qū)動器的FLTN開漏輸出/輸入引腳之間共享，一個驅(qū)動器的DESAT或故障事件將自動禁用兩個驅(qū)動器的操作。要清除故障，需將RDYC信號拉低至少(t{CLRMIN })。通過連接在ADJB引腳和初級側(cè)接地引腳GND1之間的電阻，可調(diào)整DESAT前沿消隱時間(t{DESATleb})和DESAT濾波時間(t{DESATfilter})。

4.4.2 軟關斷電流調(diào)整

正常操作時，門極驅(qū)動器IC使用硬關斷。在檢測到故障或通過拉低RDYC強制關斷時，使用軟關斷功能。通過改變ADJA引腳與GND1之間的電阻值，可選擇合適的軟關斷電流設置，避免因過電流導致功率晶體管過電壓。

4.5 調(diào)整DESAT和軟關斷設置

4.5.1 DESAT前沿消隱時間和濾波時間選項

評估板上的門極驅(qū)動器IC具有可調(diào)節(jié)的DESAT前沿消隱時間和濾波時間。對于前沿消隱時間(t{DESATleb,s } = 650) ns和(t{DESATleb, l} = 1150) ns，可從1575 ns到3975 ns中選擇八種不同的DESAT濾波時間。若內(nèi)置設置無法滿足應用需求，可添加電容進一步調(diào)整DESAT參數(shù)。

4.5.2 軟關斷電流設置

檢測到故障時，門極驅(qū)動器IC會啟動軟關斷電流來關閉功率開關，以避免過電壓?？蓪④涥P斷電流調(diào)整為16個離散值，通過選擇不同的電阻值，可控制功率晶體管柵極的放電，限制過電流引起的電壓過沖。門極驅(qū)動器IC還具有軟關斷電流的超時功能。

4.6 連接器和引腳分配

評估板上的連接器和引腳分配明確，如連接器X1用于提供VCC電源、接收PWM輸入和輸出故障信號等；X40用于提供初級側(cè)輸入電源電壓；X70和X80分別用于高側(cè)和低側(cè)門極驅(qū)動器的電源供應等。

4.7 調(diào)整CoolSiC? SiC MOSFET的負柵極電壓值

默認情況下，評估板的雙極性電源輸出為 + 15 V/-7.5 V，適合驅(qū)動IGBT，但可能不適用于CoolSiC? SiC MOSFET。為支持對這些MOSFET的評估，評估板設計了一個未填充的晶體管 - 齊納二極管調(diào)節(jié)電路。通過移除電阻R70、R80，填充二極管D73、D83，電阻R71、R81和晶體管T70、T80，可將VEE2L或VEE2H的電壓調(diào)整到所需值。

五、其他信息

5.1 原理圖

評估板的原理圖分為門極驅(qū)動器IC及其周邊電路、初級和次級側(cè)電源、狀態(tài)接口LED以及接口連接器等部分。

5.2 PCB布局

評估板采用四層PCB，其布局可作為開發(fā)更復雜應用電路的起點。文檔中僅展示了組裝圖以及頂層和底層。

5.3 物料清單

文檔詳細列出了評估板PCB使用的所有組件，包括電容、電阻、二極管、晶體管、變壓器、門極驅(qū)動器IC等的型號、數(shù)量和制造商信息。

六、總結(jié)

EVAL - 1ED3491Mx12M評估板為工程師提供了一個全面了解和評估英飛凌EiceDRIVER? 1ED - X3 Analog門極驅(qū)動器IC的平臺。通過對其電氣特性、故障檢測、參數(shù)調(diào)整等方面的深入研究，工程師可以更好地將這些驅(qū)動器應用到實際的功率電子設備設計中。大家在使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有獨特的調(diào)試經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。