1200V CoolSiC? MOSFET評估平臺深度解析

在電子工程領(lǐng)域，對于功率半導(dǎo)體器件的評估和測試是產(chǎn)品研發(fā)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們就來深入探討一下英飛凌（Infineon）推出的1200V CoolSiC? MOSFET評估平臺（Evaluation platform 1200V CoolSiC? MOSFET in TO247 3-pin / 4-pin Rev. 2.0），它為我們研究MOSFET、IGBT及其驅(qū)動的開關(guān)行為提供了強大的工具。

文件下載：EVALPSDPMAINTOBO1.pdf

一、文檔重要信息提示

適用范圍與目標(biāo)讀者

這份用戶指南主要介紹了用于提取TO247 3引腳和4引腳封裝分立器件開關(guān)損耗的雙脈沖評估平臺，以及適配該電路板的子卡。目標(biāo)讀者為評估板的所有者和使用者，并且強調(diào)只有經(jīng)過培訓(xùn)的人員才能操作該評估板。

重要注意事項

評估板和參考板僅用于演示和評估目的，并非商業(yè)化產(chǎn)品，不能用于可靠性測試或生產(chǎn)。其設(shè)計雖考慮了環(huán)境條件，但未針對安全要求、全工作溫度范圍或壽命進行全面測試，也可能不符合CE等標(biāo)準(zhǔn)。用戶需確保評估板的使用符合所在國家的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，同時要自行評估其對預(yù)期應(yīng)用的適用性。英飛凌對評估板和文檔信息不提供任何明示或暗示的保證，也不對使用過程中產(chǎn)生的損害負責(zé)。

安全預(yù)防措施

使用該評估板時，有諸多安全注意事項需要我們嚴格遵守。例如，評估板的直流母線電位高達800VDC，使用示波器測量電壓波形時必須使用高壓差分探頭；評估板中的直流母線電容在移除主電源后需要時間放電，不能僅依據(jù)顯示LED變暗來判斷電容是否放電至安全電壓；測試過程中，評估板的散熱器和器件表面可能會變熱，操作時需采取必要的防護措施；只有熟悉電力電子和相關(guān)機械的人員才能進行系統(tǒng)的規(guī)劃、安裝、調(diào)試和維護；評估板包含對靜電放電（ESD）敏感的部件，安裝、測試、維修時需采取靜電控制措施；安裝前要移除評估板附帶的包裝材料，以免導(dǎo)致過熱或異常運行。

二、評估平臺概覽

平臺改進亮點

該評估平臺是現(xiàn)有雙脈沖平臺的改進版本，主要改進包括：采用通孔插座代替測試器件（DUT）的焊點，方便重復(fù)測量時更換DUT，同時建議將引腳長度減至最短以降低引線電感；并聯(lián)表面貼裝分流電阻和同軸分流器，用戶可自由選擇用于電流測量；改進了驅(qū)動器負電源電壓的調(diào)節(jié)；增加了連接器X101作為驅(qū)動器與微控制器的接口；設(shè)置了固定的電壓探頭支架，用于測量低側(cè)開關(guān)的VGS和VDS；增加了測試點。此外，為研究溫度對開關(guān)行為的影響，還可在板上安裝帶加熱元件的散熱器。

交付內(nèi)容

平臺主要特性

• 開關(guān)損耗計算：能夠準(zhǔn)確計算開關(guān)損耗，為器件性能評估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
• 便捷更換：方便更換DUT和子板，提高測試效率。
• 固定探頭支架：便于進行低側(cè)、柵源和漏源電壓測量。
• 高電壓測試：直流母線經(jīng)過高達800V的測試，確保在高電壓環(huán)境下的穩(wěn)定性。

主板參數(shù)與技術(shù)數(shù)據(jù)

三、系統(tǒng)與功能描述

調(diào)試過程

將直流電源連接到+VDC和GND - Sec，根據(jù)測試需求將電感器插入中點并連接到+VDC或GND - Sec。不同的連接方式適用于不同的測試場景，如左側(cè)連接方式適用于高側(cè)DUT或低側(cè)二極管測試，右側(cè)則相反。

功能模塊描述

主板分為初級和次級部分，初級部分包含輔助和邏輯部分，次級部分為“功率”部分。+12V連接器為輔助電源，平均消耗100mA電流，通過設(shè)置X120上的跳線來連接驅(qū)動器卡，有兩種連接方式可供選擇。X106和X108用于設(shè)置子卡上的驅(qū)動電壓，范圍從+20V到 - 5V，可通過藍色電位器R102、105、107和108進行調(diào)節(jié)。PWM信號可以來自同軸連接器X103、104，也可以通過X101來自微控制器。

3引腳測量

對于3引腳器件，需要通過電源連接器上的焊橋?qū)⒃礃O和檢測引腳短路。

四、系統(tǒng)設(shè)計與性能

系統(tǒng)設(shè)計

完整的設(shè)計包可在英飛凌官網(wǎng)的下載部分獲取，但需要登錄才能下載。文檔中還展示了電源電路原理圖和主板輔助電源圖。

系統(tǒng)性能

雙脈沖原理在相關(guān)文獻中有詳細描述，在為評估板供電前，需要計算分流器值是否足以承受DUT的電流。同時，要選擇合適的電壓探頭額定值，并盡量減小接地環(huán)路。測試點包括X111（半橋中點 - 高壓）、X112（低側(cè)柵極）、X113（測量接地）、X114（高側(cè)柵極，需高壓差分探頭）、X115（高側(cè)接地次級，需高壓差分探頭）、X116（低側(cè)接地次級）。

啟動與關(guān)閉流程

啟動時，首先將驅(qū)動卡安裝在主板上并設(shè)置跳線到所需的電源電壓；將DUT插入連接器Q150、151；連接電源（VDC最高800V）、輔助電源12V和函數(shù)發(fā)生器（用于雙脈沖），建議設(shè)置電流限制；連接負載電感器；插入所需的探頭（電壓、電流）；按順序開啟電源：先施加12V和雙脈沖，再逐漸施加高壓至所需水平，最后進行測量。關(guān)閉時，先關(guān)閉高壓源，再關(guān)閉輔助電源和函數(shù)發(fā)生器。

五、參考與附錄

縮寫與定義

文檔中對一些常用縮寫進行了定義，如DUT（被測器件）、PWM（脈沖寬度調(diào)制）、UL（保險商實驗室）。

參考文獻

提供了相關(guān)的參考文獻，包括英飛凌的技術(shù)文檔和關(guān)于雙脈沖測試的專業(yè)文章，為進一步研究提供了參考依據(jù)。

附加信息

隔離柵極驅(qū)動器子卡EVAL - 1ED020I12F2 - DB可與該主板配合使用，并且可以單獨訂購。

通過對這個評估平臺的詳細了解，我們可以更好地利用它來研究功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，為電子工程設(shè)計提供有力支持。你在使用類似評估平臺時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。