探索EVAL - 1ED3491Mx12M评估板：实现IGBT与MOSFET驱动的理想之选

一、引言

在电子工程师的日常工作中，选择合适的门极驱动器对于功率电子设备的设计至关重要。英飞凌的EiceDRIVER™ 1ED - X3 Analog系列门极驱动器IC具有诸多出色特性，而EVAL - 1ED3491Mx12M评估板则为我们提供了一个绝佳的平台，来深入了解和评估这些驱动器的性能。今天，我们就来详细探讨一下这个评估板。

文件下载：EVAL1ED3491MX12MTOBO1.pdf

二、评估板概述

2.1 评估板用途

EVAL - 1ED3491Mx12M评估板主要用于评估英飞凌EiceDRIVER™ 1ED - X3 Analog 1ED3491MU12M或1ED3491MC12M门极驱动器IC在应用电路中的产品特性。它采用半桥配置，配备两个门极驱动器IC，可驱动IGBT、Si MOSFET和CoolSiC™ SiC MOSFET等功率开关。

2.2 适用人群

对于想要学习如何使用英飞凌EiceDRIVER的工程师、设计英飞凌EiceDRIVER IGBT和CoolSiC SiC MOSFET电路的经验丰富的设计工程师，以及设计逆变器等功率电子设备的工程师来说，这个评估板是一个很好的学习和实践工具。

三、门极驱动器IC特性

3.1 电气参数

• 耐压范围广：可适配600 V、650 V、900 V和1200 V的IGBT、SiC和Si MOSFET。
• 输出电流多样：具有±3 A、±6 A和±9 A典型的灌电流和拉电流峰值输出电流。
• 输出电压：绝对最大输出电源电压为40 V。

3.2 功能特性

• 独立输出：具有独立的源极和漏极输出，适用于硬开关，并带有有源米勒钳位/钳位驱动器。
• 参数可调：通过输入侧的调整引脚进行参数配置。
• 精准检测：具备精确的(VCEsat)检测（DESAT）功能，带有故障输出，可通过ADJB引脚的电阻调整滤波时间和前沿消隐时间。
• 软关断功能：在检测到饱和后，可通过ADJA引脚的电阻调整IGBT软关断电流。
• 高温性能：可在高达125 °C的环境温度下工作，在160 °C（±10 °C）时进行过温关断。
• 传播延迟匹配：IC间传播延迟匹配紧密（(t_{PDD, max } = 30 ~ns)）。
• 欠压锁定保护：输入和输出侧均有带迟滞的欠压锁定保护，并具备主动关断功能。
• 高共模瞬态抗扰度：(CMTI = 200 kV / mu s)。
• 封装优势：采用节省空间的DSO - 16细间距封装，爬电距离大（(>8mm)）。
• 安全认证：计划获得UL 1577认可（(V{ISO,test } = 6840 ~V)（rms），1s；(V{ISO } = 5700 ~V)（rms），60s）和IEC 60747 - 17/VDE 0884 - 11认证（(V_{IORM } = 1.4 kV)（峰值，加强绝缘））。

3.3 潜在应用

该驱动器IC适用于工业电机驱动器（紧凑型、标准型、高级型、伺服驱动器）、太阳能逆变器、UPS系统、焊接设备、商用和农业车辆（CAV）、商用空调（CAC）、高压隔离DC - DC转换器以及隔离式开关模式电源（SMPS）等领域。

四、评估板电气描述

4.1 绝对最大额定值和工作条件

评估板上的所选组件和门极驱动器IC都有最大额定值和工作条件，以避免损坏各个部件和整个评估板。例如，输入电源电压P15VP范围为 - 0.3 … 20 V，初级侧电源电压VCC范围为 - 0.3 … 6.5 V等。评估板针对5 V和3.3 V的VCC电源电压进行了优化，用户可通过跳线J40选择工作电压。

4.2 初始设置

评估板在组装时已进行预配置。当前DESAT前沿消隐时间为1150 ns，DESAT滤波时间为2375 ns，对应电阻R13和R23的值为13.7 kΩ；预设的DESAT事件软关断电流典型值为131 mA，对应电阻R14和R24的值为1.91 kΩ。

4.3 启动步骤

1. 选择输入电压：通过跳线J40选择5 V或3.3 V的输入电压操作。
2. 启用电源：确保跳线J70打开，以启用内置隔离电源。
3. 连接PWM信号：将PWM信号连接到连接器X1的数字接口，分别用于上开关（IN - HS，GND）和下开关（IN - LS，GND）。
4. 连接负载：将电感负载的一端连接到X90 - 2（PHASE），另一端根据双脉冲测试要求连接到X90 - 1（P1000VP）或X90 - 3（GND）。
5. 供电：在连接器X40 - 2提供 + 15.5 V的P15VP电压，并将电源返回SGND连接到连接器X40 - 2。
6. 观察LED状态：绿色LED D41（15V_ok）亮起表示输入电源存在；绿色LED D46（VCC1_ok）亮起表示门极驱动器的初级侧已供电；绿色LED D42（FLT#）和D44（RDYC）亮起表示两个芯片的次级侧已正确供电，门极驱动器IC未检测到故障，且驱动器IC准备好运行。
7. 连接高压电源：将高压电源连接到连接器X90 - 3（GND）和X90 - 1（P1000VP），此时评估板即可进行双脉冲评估。

4.4 故障检测

4.4.1 DESAT保护及时间调整

门极驱动器IC具有去饱和保护功能，可保护外部开关在短路事件中免受损坏。当DESAT引脚电压达到阈值时，驱动器IC通过软关断方法关闭外部开关，并拉低FLT#引脚表示故障并锁存信号。由于FLT#信号在两个门极驱动器的FLTN开漏输出/输入引脚之间共享，一个驱动器的DESAT或故障事件将自动禁用两个驱动器的操作。要清除故障，需将RDYC信号拉低至少(t{CLRMIN })。通过连接在ADJB引脚和初级侧接地引脚GND1之间的电阻，可调整DESAT前沿消隐时间(t{DESATleb})和DESAT滤波时间(t{DESATfilter})。

4.4.2 软关断电流调整

正常操作时，门极驱动器IC使用硬关断。在检测到故障或通过拉低RDYC强制关断时，使用软关断功能。通过改变ADJA引脚与GND1之间的电阻值，可选择合适的软关断电流设置，避免因过电流导致功率晶体管过电压。

4.5 调整DESAT和软关断设置

4.5.1 DESAT前沿消隐时间和滤波时间选项

评估板上的门极驱动器IC具有可调节的DESAT前沿消隐时间和滤波时间。对于前沿消隐时间(t{DESATleb,s } = 650) ns和(t{DESATleb, l} = 1150) ns，可从1575 ns到3975 ns中选择八种不同的DESAT滤波时间。若内置设置无法满足应用需求，可添加电容进一步调整DESAT参数。

4.5.2 软关断电流设置

检测到故障时，门极驱动器IC会启动软关断电流来关闭功率开关，以避免过电压。可将软关断电流调整为16个离散值，通过选择不同的电阻值，可控制功率晶体管栅极的放电，限制过电流引起的电压过冲。门极驱动器IC还具有软关断电流的超时功能。

4.6 连接器和引脚分配

评估板上的连接器和引脚分配明确，如连接器X1用于提供VCC电源、接收PWM输入和输出故障信号等；X40用于提供初级侧输入电源电压；X70和X80分别用于高侧和低侧门极驱动器的电源供应等。

4.7 调整CoolSiC™ SiC MOSFET的负栅极电压值

默认情况下，评估板的双极性电源输出为 + 15 V/-7.5 V，适合驱动IGBT，但可能不适用于CoolSiC™ SiC MOSFET。为支持对这些MOSFET的评估，评估板设计了一个未填充的晶体管 - 齐纳二极管调节电路。通过移除电阻R70、R80，填充二极管D73、D83，电阻R71、R81和晶体管T70、T80，可将VEE2L或VEE2H的电压调整到所需值。

五、其他信息

5.1 原理图

评估板的原理图分为门极驱动器IC及其周边电路、初级和次级侧电源、状态接口LED以及接口连接器等部分。

5.2 PCB布局

评估板采用四层PCB，其布局可作为开发更复杂应用电路的起点。文档中仅展示了组装图以及顶层和底层。

5.3 物料清单

文档详细列出了评估板PCB使用的所有组件，包括电容、电阻、二极管、晶体管、变压器、门极驱动器IC等的型号、数量和制造商信息。

六、总结

EVAL - 1ED3491Mx12M评估板为工程师提供了一个全面了解和评估英飞凌EiceDRIVER™ 1ED - X3 Analog门极驱动器IC的平台。通过对其电气特性、故障检测、参数调整等方面的深入研究，工程师可以更好地将这些驱动器应用到实际的功率电子设备设计中。大家在使用过程中，有没有遇到过一些特殊的问题或者有独特的调试经验呢？欢迎在评论区分享交流。