EVAL_7116G_100V_SSO8評(píng)估板：助力功率電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在功率電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，評(píng)估板是工程師們驗(yàn)證和測(cè)試關(guān)鍵組件性能的重要工具。今天，我們就來(lái)詳細(xì)探討一下Infineon Technologies推出的EVAL_7116G_100V_SSO8通用半橋評(píng)估板。

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評(píng)估板概述

EVAL_7116G_100V_SSO8評(píng)估板旨在展示OptiMOS? 6 ISC022N10NM6 MOSFET與TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動(dòng)器在半橋配置中的性能。它提供了優(yōu)化的波形測(cè)量點(diǎn)和其他特性，方便在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用。該評(píng)估板適用于對(duì)評(píng)估OptiMOS? 6 MOSFET和TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動(dòng)器性能感興趣的功率電子工程師、技術(shù)人員和開(kāi)發(fā)人員。

重要注意事項(xiàng)

在使用評(píng)估板之前，我們需要明確一些重要信息。評(píng)估板僅用于評(píng)估和測(cè)試目的，并非商業(yè)化產(chǎn)品，不適合用于可靠性測(cè)試或生產(chǎn)。它可能不符合CE或類似標(biāo)準(zhǔn)，客戶需要確保其使用方式符合所在國(guó)家的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。此外，評(píng)估板的設(shè)計(jì)僅在典型負(fù)載條件下進(jìn)行了功能測(cè)試，在安全要求、整個(gè)工作溫度范圍或壽命方面并未經(jīng)過(guò)全面驗(yàn)證。

安全預(yù)防措施

使用評(píng)估板時(shí)，安全至關(guān)重要。以下是一些關(guān)鍵的安全注意事項(xiàng)：

• 斷電操作：在斷開(kāi)或重新連接電線、進(jìn)行維護(hù)工作之前，務(wù)必先移除或斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)器的電源，并等待五分鐘讓總線電容器放電至零，否則可能導(dǎo)致人身傷害或死亡。
• 熱管理：評(píng)估板的散熱器和設(shè)備表面在測(cè)試過(guò)程中可能會(huì)變熱，處理時(shí)需采取必要的預(yù)防措施，以免受傷。
• 專業(yè)人員操作：只有熟悉驅(qū)動(dòng)器、功率電子和相關(guān)機(jī)械的人員才能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃、安裝、調(diào)試和維護(hù)，否則可能導(dǎo)致人身傷害和/或設(shè)備損壞。
• 靜電防護(hù)：評(píng)估板包含對(duì)靜電放電（ESD）敏感的部件和組件，安裝、測(cè)試、維護(hù)或修理時(shí)需要采取靜電控制措施，否則可能導(dǎo)致組件損壞。
• 包裝材料處理：評(píng)估板發(fā)貨時(shí)帶有包裝材料，安裝前需移除所有不必要的包裝材料，否則可能導(dǎo)致過(guò)熱或異常運(yùn)行。

評(píng)估板特性

外觀與功能模塊

評(píng)估板的主要部分由半橋拓?fù)渲械母叨撕偷投薋ET組成，由兩個(gè)TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。它可以通過(guò)兩個(gè)PWM輸入信號(hào)直接控制，也可以利用板載死區(qū)時(shí)間生成電路在只有一個(gè)PWM信號(hào)可用時(shí)生成第二個(gè)PWM信號(hào)。板上沒(méi)有組裝功率電感器，但提供了兩個(gè)大焊盤，可焊接任何類型的功率電感器。此外，板上還組裝了輸入和輸出電容器，為大多數(shù)工作條件提供足夠的電容。

主要特性亮點(diǎn)

• 優(yōu)化布局：確保了良好的電氣性能和信號(hào)完整性。
• 多種PWM輸入選項(xiàng)：包括雙5V邏輯輸入、雙3.3V邏輯輸入（需重新調(diào)整）、雙5V高阻抗終止邏輯輸入和單高端5V邏輯輸入搭配板載死區(qū)時(shí)間生成器等多種選擇，滿足不同的應(yīng)用需求。
• 板載死區(qū)時(shí)間生成：可以通過(guò)R5和R6微調(diào)電阻確定死區(qū)時(shí)間，最大可達(dá)約100ns/邊，但建議從10ns/邊左右開(kāi)始設(shè)置。
• 板載溫度傳感：方便監(jiān)測(cè)評(píng)估板的溫度變化。
• 多種散熱器組裝選項(xiàng)：可以安裝在PCB底部進(jìn)行底部冷卻，也可以安裝在晶體管頂部進(jìn)行雙面冷卻。
• 優(yōu)化的測(cè)量點(diǎn)：便于進(jìn)行各種電氣參數(shù)的測(cè)量。

技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)功能描述

PWM輸入選項(xiàng)

評(píng)估板提供了多種PWM輸入選項(xiàng)，以滿足不同的控制需求：

• 雙5V邏輯輸入（50Ω端接SMA）：使用雙通道臺(tái)式函數(shù)/波形發(fā)生器提供高端和低端PWM信號(hào)時(shí)，最方便的方式是通過(guò)PWM HS和PWM LS SMA連接器連接。
• 單高端5V邏輯輸入（板載死區(qū)時(shí)間生成器）：從波形發(fā)生器連接一個(gè)5V邏輯和50Ω端接的單高端PWM信號(hào)，第二個(gè)PWM信號(hào)可以通過(guò)板載死區(qū)時(shí)間生成電路生成。
• 雙5V高阻抗終止邏輯輸入：可以直接在J1接頭處提供雙PWM信號(hào)，但需要配置信號(hào)源以驅(qū)動(dòng)高阻抗負(fù)載。

散熱器安裝選項(xiàng)

評(píng)估板配備的散熱器帶有預(yù)安裝的t - Global TG - A1780熱界面材料（TIM）墊，也可以使用其他推薦的TIM墊，如TG - A1660、TG - A1450或TG - A1250。散熱器可以安裝在PCB底部或晶體管頂部，安裝時(shí)需先移除塑料保護(hù)膠帶，然后將散熱器放置在所需位置，并同時(shí)均勻壓縮兩個(gè)彈簧銷。

電感器安裝

評(píng)估板沒(méi)有預(yù)裝功率電感器，但提供了兩個(gè)大焊盤，可靈活選擇焊接不同類型的功率電感器，例如Coilcraft的SER2918H和Vishay的IHLP8787。

TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動(dòng)器

TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G是一款單通道高端和低端柵極驅(qū)動(dòng)器IC，兼容GaN SG HEMT和硅MOSFET。它具有真正的差分輸入（TDI）、四種驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度選項(xiàng)、有源米勒鉗位、自舉電壓鉗位和可調(diào)電荷泵等關(guān)鍵特性，可提供負(fù)關(guān)斷狀態(tài)電壓。在評(píng)估板中，電荷泵設(shè)置為提供 -1V的VOFF電壓，通過(guò)安裝3.3KΩ的調(diào)整電阻實(shí)現(xiàn)。

OptiMOS? 6 100V ISC022N10NM6 MOSFET

ISC022N10NM6 OptiMOS? 6 100V MOSFET采用了英飛凌專有的新型針狀溝槽技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更高的功率密度、效率和堅(jiān)固性。與上一代OptiMOS? 5 MOSFET相比，在導(dǎo)通電阻（RDS(on)）方面提高了約20%，品質(zhì)因數(shù)（FOM - RDS(on) x Qg和Qgd）提高了30%。

RC緩沖電路

評(píng)估板上提供了可選的RC緩沖電路，用于抑制開(kāi)關(guān)過(guò)渡期間由于寄生電感和電容產(chǎn)生的振蕩和電壓尖峰。緩沖電路由串聯(lián)和并聯(lián)在FET上的電阻和電容組成，但使用緩沖電路會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率略有下降，需要在性能和效率之間進(jìn)行權(quán)衡。

操作模式

評(píng)估板支持多種操作模式，包括降壓轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)置、升壓轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)置和雙脈沖測(cè)試設(shè)置：

• 降壓轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)置：適用于性能表征和波形測(cè)量，特別是在測(cè)量低端開(kāi)關(guān)軟開(kāi)關(guān)時(shí)的柵極和漏極電壓波形。
• 升壓轉(zhuǎn)換器測(cè)試設(shè)置：通過(guò)反向連接VIN和Vout，并在Vout端提供電壓源，在VIN端連接直流負(fù)載，可以將評(píng)估板配置為升壓轉(zhuǎn)換器。該模式適用于測(cè)量低端開(kāi)關(guān)硬開(kāi)關(guān)時(shí)的柵極和漏極電壓波形。
• 雙脈沖測(cè)試設(shè)置：包括降壓模式和升壓模式雙脈沖測(cè)試。降壓模式雙脈沖測(cè)試可捕獲軟開(kāi)關(guān)電壓波形，升壓模式雙脈沖測(cè)試可捕獲硬開(kāi)關(guān)電壓波形。在測(cè)試過(guò)程中，需要使用高電感值的電感器，并通過(guò)跳線設(shè)置確保安全。

測(cè)量選項(xiàng)

評(píng)估板提供了多種測(cè)量選項(xiàng)，方便進(jìn)行各種電氣參數(shù)的測(cè)量：

• 直流電壓測(cè)量：通過(guò)方便的螺絲端子插頭，可以測(cè)量輸入和輸出電壓，支持25倍衰減或不衰減，適用于數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)據(jù)記錄器或外部控制器。
• 低端單端電壓測(cè)量：可以使用任何具有合適帶寬和連接性的無(wú)源探頭測(cè)量OptiMOS? 6 MOSFET的低端電壓波形。推薦使用帶寬至少為1GHz的探頭，如Tektronix的TPP1000和PMK的MMCX - A1025探頭。
• 高端差分電壓測(cè)量：由于高端電壓波形測(cè)量涉及極高的dV/dt和dI/dt，建議使用高帶寬的光學(xué)隔離探頭系統(tǒng)，如Tektronix的isoVu系統(tǒng)或PMK的FireFly系列。
• 溫度測(cè)量：評(píng)估板配備了板載PCB溫度傳感器，但建議使用接觸式熱電偶或紅外熱成像相機(jī)來(lái)測(cè)量OptiMOS? 6 MOSFET和功率電感器的溫度。使用熱成像相機(jī)時(shí)，建議在目標(biāo)表面涂上啞光漆以確保發(fā)射率一致。

重新調(diào)整選項(xiàng)

評(píng)估板還提供了一些重新調(diào)整選項(xiàng)，以滿足不同的應(yīng)用需求：

• TDI電阻調(diào)整（3.3V PWM輸入）：為了使用3.3V邏輯輸入，需要將輸入電阻從75kΩ降低到47kΩ?？梢酝ㄟ^(guò)焊接0Ω電阻或焊接橋接四個(gè)以byp結(jié)尾的位置來(lái)繞過(guò)28kΩ電阻。
• PWM輸入交叉連接（重疊保護(hù)）：默認(rèn)情況下，輸入PWM信號(hào)可以重疊以實(shí)現(xiàn)短死區(qū)時(shí)間。通過(guò)交叉連接?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器之間的IN +和IN -信號(hào)，可以啟用重疊保護(hù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原理圖和布局

評(píng)估板的原理圖和布局經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，以確保良好的電氣性能和信號(hào)完整性。原理圖展示了各個(gè)組件之間的連接關(guān)系，布局則考慮了散熱、電磁兼容性等因素。

物料清單

文檔中提供了詳細(xì)的物料清單，包括各個(gè)組件的參考設(shè)計(jì)號(hào)、描述、制造商、制造商零件號(hào)和是否安裝等信息，方便工程師進(jìn)行采購(gòu)和替換。

連接器細(xì)節(jié)

評(píng)估板上的連接器具有不同的功能，如柵極驅(qū)動(dòng)器電源、輸入和輸出電壓測(cè)量、溫度測(cè)量、PWM輸入等。了解連接器的細(xì)節(jié)有助于正確連接外部設(shè)備和進(jìn)行測(cè)量。

系統(tǒng)性能

測(cè)試點(diǎn)

評(píng)估板提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，包括低端漏源電壓（VDS_LS）、高端漏源電壓（VDS_HS）、低端柵源電壓（VGS_LS）和高端柵源電壓（VGS_HS），方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和表征。

測(cè)試結(jié)果

通過(guò)在不同測(cè)試設(shè)置模式和條件下進(jìn)行測(cè)試，得到了一些有用的測(cè)試結(jié)果：

• 開(kāi)關(guān)波形：在降壓和升壓模式下，觀察到了開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的振鈴和過(guò)沖現(xiàn)象。使用不同的功率電感器和工作頻率會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)波形產(chǎn)生影響。
• 效率測(cè)量：比較了使用不同電感值的電感器時(shí)評(píng)估板的效率。在較低開(kāi)關(guān)頻率下，較大的電感器由于較低的電感紋波和開(kāi)關(guān)損耗，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的效率。但在較高開(kāi)關(guān)頻率下，兩種電感器的電流紋波和損耗幾乎相似。
• 熱成像：熱成像結(jié)果顯示，在400kHz開(kāi)關(guān)頻率下，由于開(kāi)關(guān)頻率增加導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)損耗增加，HS MOSFET的溫度較高。在200kHz時(shí)，較小的電感器由于較高的損耗導(dǎo)致溫度較高。
• RC緩沖電路測(cè)量：使用RC緩沖電路可以有效抑制開(kāi)關(guān)過(guò)渡期間的振鈴和電壓尖峰，但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率略有下降。需要根據(jù)具體應(yīng)用需求權(quán)衡是否使用緩沖電路以及選擇合適的緩沖電路參數(shù)。

總結(jié)

EVAL_7116G_100V_SSO8評(píng)估板為工程師們提供了一個(gè)全面的平臺(tái)，用于評(píng)估OptiMOS? 6 MOSFET和TDI EiceDRIVER? 1EDN7116G柵極驅(qū)動(dòng)器在半橋配置中的性能。它具有多種特性和功能，支持多種操作模式和測(cè)量選項(xiàng)，方便工程師進(jìn)行各種測(cè)試和驗(yàn)證。在使用評(píng)估板時(shí)，需要注意安全預(yù)防措施和重要注意事項(xiàng)，根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行合理的配置和調(diào)整。希望這篇文章能對(duì)大家在功率電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中有所幫助。你在使用類似評(píng)估板的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。