探索 EVAL - iSSI30R12H 評估板：開啟無芯變壓器固態(tài)隔離器的應(yīng)用之旅

在電子設(shè)計領(lǐng)域，隔離器是保障電路安全和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討英飛凌的 EVAL - iSSI30R12H 評估板，它搭載了先進(jìn)的無芯變壓器固態(tài)隔離器 iSSI30R12H，為我們帶來了諸多獨(dú)特的功能和特性。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-iSSI30R12H 評估板.pdf

評估板概述與關(guān)鍵特性

EVAL - iSSI30R12H 評估板專為在應(yīng)用電路中評估英飛凌 iSSI 固態(tài)隔離器 iSSI30R12H 的產(chǎn)品特性而設(shè)計。它具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 獨(dú)特電路配置：采用交流開關(guān)配置，集成了 iSSI30R12H 和兩個 CoolMOS? IPT60T022S7 MOSFET，這種組合為電路設(shè)計提供了更強(qiáng)大的性能。
2. 超快速過流檢測：能夠在典型峰值電流 35 A 時觸發(fā)過流保護(hù)，快速響應(yīng)電路中的異常電流，有效保護(hù)電路元件。
3. 直接芯片溫度測量：可對 CoolMOS? 進(jìn)行直接芯片溫度測量，并在溫度達(dá)到 155°C 時實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)保護(hù)，確保器件在安全的溫度范圍內(nèi)工作。
4. 快速開關(guān)特性：具備快速導(dǎo)通和關(guān)斷能力，在過流和過溫保護(hù)觸發(fā)后能迅速做出反應(yīng)，提高電路的響應(yīng)速度。
5. 動態(tài)米勒鉗位：有效抑制米勒效應(yīng)，提升電路的穩(wěn)定性和可靠性。

不過，需要注意的是，該評估板更適合用于測試開關(guān)性能，在連續(xù)運(yùn)行時需要額外考慮熱平衡和功率平衡問題。其控制接口可連接脈沖發(fā)生器、微控制器或其他具有至少 25 mA 驅(qū)動能力的數(shù)字電路。

絕對最大額定值、工作條件和電源電壓

為了確保評估板和 iSSI 固態(tài)隔離器的正常運(yùn)行，我們需要了解其定義的工作條件和最大額定值。以下是一些關(guān)鍵參數(shù)：

絕對最大額定值

工作條件和電源電壓

印刷電路板 (PCB) 組件針對 3.3 V 的 VSUP 電源進(jìn)行了優(yōu)化，若使用更高的電源電壓，可能需要調(diào)整限流電阻 R1。

評估板的使用入門

準(zhǔn)備工作

在使用 EVAL - iSSI30R12H 評估板之前，我們需要做好以下準(zhǔn)備：

1. 準(zhǔn)備一個低電壓電源，為輸入電源電壓 VSUP 供電，電流能力至少為 25 mA。
2. 準(zhǔn)備一個電源 $V{HV}$，并串聯(lián)一個合適的負(fù)載 $Z{Load}$，用于連接 HV - AC1 和 HV - AC2。
3. 準(zhǔn)備一個函數(shù)發(fā)生器，用于輸入控制信號 INP。

上電步驟

1. 將電源電壓 VSUP 連接到連接器 X2.1（+3.3 V），將地 GND 連接到連接器 X2.7。
2. 將數(shù)字脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 發(fā)生器連接到輸入信號連接器 X2.5，將地 GND 連接到連接器 X2.9。確保 PWM 發(fā)生器的輸出處于禁用狀態(tài)或信號設(shè)置為低電平。
3. 將電源 $V_{HV}$ 連接到連接器 HV - AC1。
4. 將電源 $V{HV}$ 的地連接到負(fù)載 $Z{Load}$ 的一端，將負(fù)載的另一端連接到連接器 HV - AC2。
5. 此時，評估板即可進(jìn)行開關(guān)評估。

安全下電步驟

1. 關(guān)閉電源 $V_{HV}$。
2. 對直流母線電容（如果有）進(jìn)行放電，并使用數(shù)字萬用表或示波器檢查直流母線電壓（對于直流操作）。
3. 關(guān)閉低電壓電源。

保護(hù)功能詳解

過流保護(hù)

評估板的過流保護(hù)檢測電路通過監(jiān)測分流電阻 Rsh 兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)。該信號經(jīng)過由 R3 和 C6 組成的噪聲 RC 濾波器后，由 iSSI 的集成比較器將其與 iSSI30R12H 端子 CS 處的固定閾值電壓 $|V{CS, th}|$ 進(jìn)行比較。我們可以通過以下公式改變分流電阻 Rsh 的值來調(diào)整最大峰值電流： $Rsh=frac{V{CS, th}}{I_{pk, max }}$

一旦觸發(fā)過流保護(hù)，保護(hù)機(jī)制會迅速響應(yīng)，能夠在極短時間內(nèi)關(guān)閉 CoolMOS? IPT60T022S7 等功率開關(guān)。觸發(fā)過流保護(hù)會導(dǎo)致功率開關(guān)以吸收電流 $I_{off, fast, sat}$ 鎖存關(guān)斷。要恢復(fù)正常運(yùn)行，需要將 VSUP 設(shè)為 0 V 或在邏輯控制輸入 INP 處施加低信號。

過溫保護(hù)

iSSI30R12H 為 CoolMOS? IPT60T022S7 內(nèi)部的溫度感應(yīng)二極管提供恒定偏置電流 $TS, bias$。該恒定電流在二極管上產(chǎn)生與溫度相關(guān)的正向電壓，二極管電壓連接到端子 TS，端子電壓與閾值電壓 $V{TS, th}$ 進(jìn)行比較。集成比較器包含一個持續(xù)時間為 $t{TS, filter}$ 的噪聲濾波器，用于安全檢測傳感器信號，同時還可通過外部 RC 濾波器（R4, C7）進(jìn)行補(bǔ)充。

觸發(fā)過溫保護(hù)后，保護(hù)機(jī)制同樣會快速響應(yīng)，能在短時間內(nèi)關(guān)閉功率開關(guān)。觸發(fā)過溫保護(hù)也會導(dǎo)致功率開關(guān)以吸收電流 $I_{off, fast, sat}$ 鎖存關(guān)斷。要恢復(fù)正常運(yùn)行，同樣需要將 VSUP 設(shè)為 0 V 或在邏輯控制輸入 INP 處施加低信號。此外，我們還可以通過外部加熱溫度傳感器來強(qiáng)制觸發(fā)過溫保護(hù)。

連接器和引腳分配

評估板的功能選項(xiàng)

評估板提供了一些未安裝元件實(shí)現(xiàn)的功能選項(xiàng)：

1. 緩沖電路實(shí)現(xiàn)：可以通過安裝相關(guān)元件實(shí)現(xiàn)緩沖電路（C11, C12, R7），以改善電路的性能。
2. PTC 電阻替代：可以使用 PTC 電阻 R14 替代 IPT60T022S7 的片上溫度感應(yīng)功能。但需要進(jìn)行以下操作：移除 R9，在 R14 焊盤上安裝合適的 PTC 電阻，并將 iSSI30R12H 更換為 iSSI30R11H。

總結(jié)

EVAL - iSSI30R12H 評估板為我們提供了一個全面評估英飛凌 iSSI30R12H 固態(tài)隔離器的平臺。它具有豐富的功能和特性，如超快速過流檢測、直接芯片溫度測量等，能夠滿足多種電路設(shè)計的需求。同時，我們在使用過程中需要嚴(yán)格遵循其工作條件和最大額定值，注意安全操作。在實(shí)際應(yīng)用中，我們還可以根據(jù)具體需求選擇合適的功能選項(xiàng)，進(jìn)一步優(yōu)化電路性能。大家在使用該評估板的過程中，有沒有遇到過什么有趣的問題或者獨(dú)特的應(yīng)用場景呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。