FRDMGD3160DSBHB半桥评估板：设计与应用指南

在电子工程领域，一款性能优良的评估板对于产品的开发和测试至关重要。今天，我们就来深入了解一下NXP的FRDMGD3160DSBHB半桥评估板，探讨它的特点、使用方法以及相关注意事项。

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一、评估板概述

FRDMGD3160DSBHB是一款半桥评估套件，板上搭载了两个GD3160单通道栅极驱动器件。该套件旨在为工程师提供一个便捷的平台，用于评估和开发与IGBT或SiC模块相关的半桥应用。它可以与FRDM - KL25Z微控制器配合使用，并通过FlexGUI软件进行配置和测试。

二、快速上手

2.1 套件内容

• 装在防静电袋中的已组装和测试的FRDMGD3160DSBHB板
• 连接到FRDM - KL25Z板的3.3 V至5.0 V转换器板（KITGD3160TREVB）
• 3英尺的A型公头/迷你B型公头USB电缆
• 快速入门指南

2.2 所需设备

使用该套件需要以下设备：

• 兼容的VE - Trac™ Dual DSB IGBT模块
• 与VE - Trac™ Dual DSB IGBT模块兼容的直流母线电容
• 用于配置的1.27 mm跳线（套件中包含）
• 用于双脉冲测试的30 µH至50 µH大电流空心电感
• 带保护罩和听力保护的高压电源
• 25 V、1.0 A直流电源
• 500 MHz 2.5 GS/s 4通道示波器
• Rogowski线圈、PEM Model CWT Mini HF60R或CTW MiniHF30（较小直径）
• 隔离差分高压探头
• 数字电压表

2.3 系统要求

套件需要Windows 7或更高版本的操作系统才能与软件正常配合使用。

2.4 下载资源

访问工具摘要页面（http://www.nxp.com/FRDMGD3160DSBHB ），下载设计资源，包括原理图、Gerber文件和BOM等。同时，下载FlexGUI软件用于评估和测试。

三、硬件详解

3.1 整体架构

评估板通过KITGD3160TREVB转换器板将MCU的3.3 V信号转换为5.0 V信号，实现SPI通信。它可以连接到兼容的IGBT或SiC模块，进行半桥评估和应用开发。

3.2 板级特性

• 连接能力：能够连接VE - Trac™ Dual DSB IGBT模块进行半桥评估。
• 驱动电平：负VEE栅极低驱动电平（ - 7.5 V DC），VCCREG调节的高栅极驱动电平（ + 15 V DC）。
• 保护功能：跳线可配置，用于在短路测试时禁用死区时间故障保护。
• 测试点：易于访问的电源、接地和信号测试点。
• 软件支持：易于安装和使用FlexGUI，通过SPI与PC进行接口，软件具备双脉冲和短路测试功能。
• 监测功能：通过AMUXIN和AOUT在低端驱动器上进行直流母线电压监测，支持负温度系数（NTC）连接，可配置用于监测模块温度。

3.3 器件特性

GD3160是一款先进的单通道栅极驱动器，适用于IGBT和SiC MOSFET。它具有以下特性：

• 与电流感应和温度感应IGBT兼容。
• 具备DESAT检测能力，用于检测VCE饱和状态。
• 为IGBT提供带电流感应反馈的快速短路保护。
• 符合汽车安全完整性等级（ASIL）C/D ISO 26262功能安全要求。
• 具有SPI接口，用于安全监测、可编程性和灵活性。
• 集成了电流隔离信号隔离功能。
• 集成的栅极驱动功率级能够提供15 A的峰值源电流和灌电流。
• 中断引脚可快速响应故障。
• 与负栅极电源兼容。
• 与200 V至1700 V的IGBT/SiC MOSFET兼容，功率范围 > 125 kW。

3.4 详细描述

3.4.1 低压逻辑和控制连接器

低压域通过24针连接器接口与MCU和GD3160控制寄存器进行交互。每个引脚都有特定的功能，如模拟输出、芯片选择、PWM输入等。

3.4.2 测试点定义

评估板上的所有测试点都有明确标记，涵盖了低压域、低端驱动器域和高端驱动器域的各个关键参数，方便工程师进行测试和监测。

3.4.3 电源和跳线配置

通过跳线可以配置不同的功能，如死区时间故障保护、栅极电压控制、电源供应等。具体的跳线定义如下：	Jumper	Position	Function
PWMALTH_SEL (J16)	1 - 2	死区时间故障保护启用（高端）
	2 - 3	死区时间故障保护禁用（用于短路测试）
PWMALTL_SEL (J17)	1 - 2	死区时间故障保护启用（低端）
	2 - 3	死区时间故障保护禁用（用于短路测试）
VCCH (J4) and VCCL (J15)	open	VCCREG控制栅极电压
	closed	VCC和VCCREG连接在一起
VSUPH (J7) and VSUPL (J19)	open	内部调节电源源自VSUP
	closed	VSUP = VDD，根据部件号进行5 V或3.3 V操作
CSB (J23)	1 - 2	正常操作的芯片选择
	2 - 3	菊花链操作的芯片选择
MOSI (J12)	closed	正常操作
	open	菊花链操作
MISO (J26)	1 - 2	正常操作
	2 - 3	菊花链操作
PS_EN (J3)	1 - 2	MCU控制反激式电源启用
	2 - 3	反激式电源启用连接到VSUP

3.4.4 底部视图

评估板底部有多个连接器，用于连接高端和低端的集电极、发射极、栅极和温度传感器等。

3.4.5 栅极驱动电阻

包括RGH、RGL和RAMC电阻，分别用于控制SiC MOSFET栅极的导通电流、关断电流以及栅极感应和有源米勒钳位。

3.4.6 LED中断指示灯

通过低侧和高侧的INTB LED指示灯，可以指示故障状态。

3.5 Kinetis KL25Z Freedom板

这是一个基于Arm Cortex - M0 +处理器的超低成本开发平台，为评估板提供了微控制器支持。

3.6 3.3 V至5.0 V转换器板

KITGD3160TREVB转换器板实现了信号从MCU的3.3 V到5.0 V的电平转换，支持SPI通信。通过跳线可以选择不同的电源和PWM控制方式。

四、硬件配置

将评估板连接到兼容的SiC MOSFET VE - Trac™ Dual DSB IGBT模块，并配备相应的直流母线电容。按照系统设置图进行连接，确保各个设备之间的连接正确。

五、软件工具安装与使用

5.1 安装FlexGUI

访问www.nxp.com/FlexGUI ，点击下载标签，下载并安装FlexGUI软件。软件默认安装在C:flexgui - app - des - gd31xx.exe 。安装设备驱动程序会覆盖以前的FlexGUI安装，并替换为包含GD31xx驱动程序的当前版本，但以前版本的配置文件（.spi）保持不变。

5.2 配置FRDM - KL25Z微代码

默认情况下，随套件提供的FRDM - KL25Z已预编程了最新的固件。可以通过将KL25Z插入计算机，打开FlexGUI，验证软件版本是否为6.4或更高来检查微代码是否正确编程。如果出现功能丢失、重新编程或数据损坏等问题，可以按照特定步骤重写微代码。

5.3 使用FlexGUI

FlexGUI是一个用于评估参考设计套件的软件工具，支持GD3100和GD3160。它提供了图形化和十六进制格式的SPI消息实现方式，可通过菊花链选择CSB来寻址板上的一个或两个GD31xx。软件具有多个功能选项卡，如设置、日志、寄存器映射、引脚控制、状态监测、模拟数据读取等，方便工程师进行配置、测试和故障排查。

5.4 故障排除

在使用过程中，可能会遇到一些常见问题，如无PWM输出、故障报告、信号延迟等。针对这些问题，文档提供了详细的评估、解释和纠正措施，帮助工程师快速解决问题。

六、资源获取

评估板的原理图、布局和物料清单可在http://www.nxp.com/FRDMGD3160DSBHB 上获取。

七、总结

FRDMGD3160DSBHB半桥评估板为工程师提供了一个全面的平台，用于评估和开发IGBT或SiC模块的半桥应用。通过详细了解其硬件特性、软件工具的使用以及故障排除方法，工程师可以更高效地进行产品开发和测试。在实际应用中，还需要根据具体需求进行适当的调整和优化，以确保系统的性能和稳定性。大家在使用过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享交流。