深入解析Eval-1ED3321MC12N评估板：开启高效功率驱动设计之旅

在电子工程领域，功率驱动设计一直是一个关键且具有挑战性的领域。今天，我们将深入探讨Infineon的Eval-1ED3321MC12N评估板，它为评估1ED3321MC12N EiceDRIVER™隔离栅极驱动器IC提供了一个理想的平台。

文件下载：EVAL1ED3321MC12NTOBO1.pdf

评估板概述

Eval-1ED3321MC12N评估板专为设计工程师在半桥配置中评估1ED3321MC12N EiceDRIVER™隔离栅极驱动器IC而设计。该板尺寸为(85 ×55 ×28 ~mm^{3})（未组装功率开关），由于是为非连续评估（如双脉冲测试）设计，因此在设计时需要特别考虑功率轨道的电流能力和功率开关的散热问题。同时，建议在高压输入处添加额外的高压去耦电容。

评估板配备了两个Infineon TRENCHSTOP™ IGBT4 IKW40N120H3功率晶体管，但这些开关可以替换为其他所需的开关，如Infineon IGBT、CoolSiC™或CoolMOS™晶体管。

主要特性

• 高输出性能：绝对最大输出电源电压为40 V，典型输出电流高达+6 A / -8.5 A，并且具有独立的源极和漏极输出，可实现优化的栅极驱动。
• 保护功能：具备DESAT短路保护、软关断选项、有源米勒钳位功能和主动关断功能，为电路提供可靠的保护。
• 高速性能：高共模瞬态抗扰度（CMTI > 300 kV / μs），典型传播延迟为85 ns，并且IC间传播延迟匹配紧密。
• 输入兼容性：支持3.3 V和5 V输入电源电压。
• 封装与认证：采用DSO - 16宽体封装，爬电距离为8 mm，具有UL 1577认证（(V{ISO, test }=6840 ~V(rms)) for 1s，(V{ISO }=5700 ~V(rms)) for 60 s），IEC 60747 - 17/VDE 0884 - 11认证（待批准），(V_{IORM }=1.767 kV)（峰值，加强型）。

板参数与技术数据

评估板的绝对最大额定值和推荐工作条件在文档中有详细说明，这些参数为工程师在设计和使用评估板时提供了重要的参考依据。例如，隔离电源输入电压范围为 -0.3 … 20 V（参考SGND，仅适用于Eval - PSIR2085），直流母线电压范围为 -0.2 … 900 V（参考GND功率端子）等。

系统与功能描述

开始使用

评估板优化为可与5 V和3.3 V的VCC1初级侧电源电压一起使用，初级侧输入信号的阈值始终与VCC1电源电压成比例。建议使用EiceDRIVER™ Eval - PSIR2085隔离电源板为评估板供电，它可以为栅极驱动器IC的开关侧提供两个电气隔离的电源轨，以及为栅极驱动器IC的初级侧提供一个电源轨。

前提条件

在开始使用评估板之前，需要准备以下设备：

• EiceDRIVER™ Eval - PSIR2085隔离电源板
• 在高压电源端子（X90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)）之间组装外部高压去耦电容（100 µF）
• 能够提供15 V、100 mA的低压电源，用于为初级侧电源电路供电
• 合适的函数发生器，用于产生双脉冲模式
• 高压电源，用于为功率级供电
• 适合双脉冲测试的电感负载

上电顺序

1. 将Eval - 1ED3321MC12N连接到EiceDRIVER™ Eval - PSIR2085隔离电源板。
2. 将双脉冲模式发生器连接到Eval - 1ED3321MC12N的输入引脚。根据需要评估的开关能力，将模式发生器连接到相应的引脚。
3. 将电感负载的一端连接到端子X90 - 2 (PHASE)，另一端根据双脉冲测试要求连接到X90 - 1 (HV+)（用于低侧测试）或X90 - 3 (HV -)（用于高侧测试）。
4. 在连接器X1 - 12 (+15V)和X1 - 9 (SGND)处提供+15.5 V和地。
5. 绿色LED D6 (VCC1_OK)亮起，表示初级侧电源电压已存在。
6. 绿色LED D10 (RDY)亮起，表示栅极驱动器内部通信正常，初级和次级电源均存在且高于欠压锁定（UVLO）水平，并且栅极驱动器正常工作。
7. 绿色LED D7 (FLT_N)亮起，表示栅极驱动器未检测到任何故障。
8. 将高压电源连接到连接器X90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)。

操作示例

正常操作

在典型的低侧IGBT双脉冲测试中，评估板使用EiceDRIVER™ Eval - PSIR2085隔离电源板供电，IGBT栅极由+15 V和 -7.5 V驱动，板上在端子X90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)之间提供600 V电压，一个200 µH的负载电感器与高侧IGBT并联连接。

短路关断

当评估板在I型短路瞬态下工作时，在端子X90 - 1 (HV+)和X90 - 3 (HV -)之间提供600 V直流母线电压，通过在端子X90 - 1 (HV+)和X90 - 2 (PHASE)之间放置跳线来创建短路。当低侧晶体管导通时，它会直接进入去饱和状态，电流上升到150 A。在DESAT前沿消隐时间过后，内部钳位释放DESAT引脚，DESAT电容开始充电。一旦DESAT引脚电压超过去饱和参考电平，检测到去饱和，内部电路开始启动关断操作。由于1ED3321MC12N隔离栅极驱动器IC具有软关断功能，栅极电流被控制以限制集电极 - 发射极电压（(VCE)）的关断过冲。之后，1ED3321MC12N栅极驱动器IC将进入故障模式，忽略进一步的输入PWM信号。

使用CoolSiC™ MOSFET的短路关断

通过将Infineon TRENCHSTOP™ IGBT4 IKW40N120H3功率晶体管替换为Infineon CoolSiC™ IMW120R045M1 MOSFET，并调整Eval - PSIR2085隔离电源，使栅极驱动器IC的次级侧由+15 V / -2 V供电。在这种情况下，当低侧晶体管导通进入I型短路时，晶体管进入饱和状态，电流上升到250 A。当前沿消隐时间过去后，DESAT引脚电压开始上升，一旦超过去饱和参考电平，检测到去饱和并启动关断操作。当CoolSiC™关断且电流在约2.1 µs内达到零时，保护功能对于额定短路耐受时间为3 µs的CoolSiC™ IMW120R045M1 MOSFET是足够的。

无去饱和电容的CoolSiC™ MOSFET短路关断

为了实现更快的去饱和保护时间，可以减少或完全移除去饱和电容。在这种情况下，低侧晶体管导通进入I型短路时，由于没有去饱和电容需要充电，DESAT引脚电压上升更快，短路在约1.2 µs内被检测并关断。

带有DESAT充电电路过驱动电路的CoolSiC™ MOSFET短路关断

在某些情况下，即使减少去饱和电容也不够，此时可以通过外部电路对去饱和检测电路进行过驱动。Eval - 1ED3321MC12N PCB设计了这样一个未组装的电路，通过增加DESAT引脚充电电流和提高DESAT引脚的稳态电压，可以进一步缩短DESAT电路的反应时间。在这个例子中，使用60 V SOD 523二极管和3 kΩ电阻，保护电路在约800 ns内做出反应并关断器件。

系统设计

原理图

评估板的原理图展示了其电路结构，为工程师提供了深入了解板级设计的基础。通过分析原理图，工程师可以更好地理解各个组件之间的连接和工作原理。

布局

评估板采用两层PCB设计，其布局可作为开发更复杂应用电路的起点。文档中提供了装配图以及顶层和底层的视图，帮助工程师进行电路布局和布线的参考。

物料清单

完整的物料清单可在Infineon主页的下载部分获取，其中详细列出了评估板上使用的各种组件，包括电容、电阻、二极管、晶体管、集成电路和连接器等，为工程师进行物料采购和替换提供了便利。

连接器细节

文档详细介绍了评估板上各个连接器的功能和连接方式，包括高压连接器、低压输入侧连接器、低侧和高侧电源连接器等。这些信息对于正确连接外部设备和电源至关重要。

测试点

评估板上的测试点用于测量各种信号，文档中列出了测试点的名称、测量的信号以及测试点的接地参考，方便工程师进行电路调试和性能测试。

总结

Eval-1ED3321MC12N评估板为工程师提供了一个全面的平台，用于评估1ED3321MC12N EiceDRIVER™隔离栅极驱动器IC的功能和性能。通过详细的操作示例和系统设计信息，工程师可以更好地了解评估板的工作原理和应用场景，从而为实际的功率驱动设计提供有力的支持。在使用评估板时，工程师需要严格遵守安全注意事项，确保自身安全和设备的正常运行。同时，对于评估板的设计和应用，你是否有自己独特的想法和经验呢？欢迎在评论区分享你的见解。