HIP2103_4MBEVAL1Z评估板：HIP2103和HIP2104半桥MOSFET驱动器的测试利器

在电子设计领域，评估板是验证和测试芯片性能的重要工具。今天，我们就来深入了解一下 HIP2103_4MBEVAL1Z 评估板，它主要用于评估 HIP2103 和 HIP2104 半桥 MOSFET 驱动器。

文件下载：HIP2103DBEVAL1Z.pdf

评估板概述

HIP2103_4MBEVAL1Z 评估板由母板以及 HIP2103DBEVAL1Z 和 HIP2104DBEVAL1Z 评估子卡组成。母板上配备了微控制器，可生成合适的控制输入信号给 HIP2103 或 HIP2104。微控制器提供的频率、PWM 占空比和死区时间都能由用户进行调整。对于想使用外部信号的用户，也可将板上控制器配置为让子卡由外部输入控制。子卡还能作为独立单元安装在客户设计的主板上，搭配客户选定的桥接 FET 和其他外部电路。

规格参数

参数	详情
桥偏置电压 (V BAT )	5V 最小，50V 最大（包括瞬态）
微控制器外部偏置	3.3V - 5.0V，约 30mA
最大桥电流	20A
PWM 开关频率	5kHz 到 40kHz，以 5kHz 递增
PWM 占空比	可从 0% 调整到约 98%
死区时间	0.0µs 到 2.8µs，以 400ns 递增
大端子块	每个连接 15A
小端子块	每个连接 6A

物理布局

评估板尺寸为 84mm x 94mm，最高的组件是 RJ25 连接器，总高度 38mm。多个输入采用微型端子块，高电流电池输入和负载输出则使用额定电流为 15A 的较大端子块。板上有三个按钮，分别用于复位、启动/停止和睡眠功能，还有一个电位器用于调整占空比。6 位 DIP 开关用于设置 PWM 开关频率和死区时间，当所有位置都设置为开启时，可禁用微控制器信号并启用所有外部输入。此外，还提供了 RJ25 连接器，方便用户修改 PIC18F2431 微控制器的固件。

评估板应用

HIP2103_4MBEVAL1Z 母板和相关子卡与 Intersil 应用工程师和 IC 设计人员用于评估 HIP2103 和 HIP2104 MOSFET 驱动器性能的测试板相同，能为工程师提供可靠的测试环境。

偏置电源

母板需要一个电流受限的实验室电源（0V 到 50V）为 TB1 上的 VBAT 和 GND 输入供电，电流容量取决于用户所需的负载。微控制器和相关电路需要一个 3.3V 到 5V 的外部偏置电源（约 25mA），也可以使用 HIP2104 子卡的 VCC 输出为微控制器提供 3.3V 偏置。HIP2103 子卡的 12V 偏置必须由连接到 TB6 的 VDD 和 GND 的外部电源提供，而 HIP2104 子卡由于内部提供 VDD，不需要外部 12V 偏置。

微控制器及相关电路

微控制器的 PWM 频率和死区时间选项通过 SW5 DIP 开关配置。按下启动/停止按钮启动 PWM 后，DIP 开关设置仅读取一次，若要更改频率或死区时间设置，需先停止 PWM 再重新启动。旋转电位器 R1 可调整占空比，逆时针旋转到最小，顺时针旋转到最大。为模拟没有死区时间生成能力的控制器，可将微控制器的死区时间设置为零，但要注意，如果 HIP2103、HIP2104 子卡未通过 RCD 电路配置延迟，选择零死区时间选项会导致桥路出现直通电流。板上有四个 LED 用于指示微控制器的运行状态。

半桥电路

半桥由两个 60A、60V 的 SiR662DP MOSFET 组成，每个 FET 都有可选的栅源电容和漏栅电容，还提供了可选的串联栅极电阻，可模拟具有更大电容的 FET 和内部栅极电阻。这些 MOSFET 的电流额定值选择主要是为了在重负载运行时无需散热片。最大输出负载电流受 VBAT（TB1）和 Vout（TB7）端子块的电流额定值限制。桥偏置源连接到 GND_VBAT 端子块（TB1），电压源可以是电流受限的电源或电池（建议使用保险丝）。外部负载可连接到 GND_VOUT（TB7）端子块，负载可以是任何配置，如直流电机或 LCR 负载，但要在桥 FET 和端子块的限制范围内。

子卡

提供了两种不同的子卡用于评估，它们安装在母板背面，方便使用温度强制系统进行温度测试。HIP2103DBEVAL1Z 和 HIP2104DBEVAL1Z 子卡除了 HIP2103 和 HIP2104 本身的差异外，其他方面基本相同。HIP2104 集成了 LDO 用于驱动器的 VDD 偏置和控制器的 VCC 偏置，其 VDD 和 VCC 输出可在 GND_VDD_VCC 端子块（TB6）上获取，可连接外部负载。使用 HIP2103 子卡时，VDD 和 VCC 必须来自外部源，TB6 可作为外部输入。J2 跳线选项用于选择微控制器的偏置源。

开关和按钮

HIP2104 的 VCEN 和 VDEN 输入用于启用其 LDO 输出，由两个机械开关 SW2 和 SW3 提供信号，也可使用数字逻辑信号。通过机械开关还能观察 VDCEN 和 VDEN 输入的去抖功能。三个按钮为微控制器提供控制信号，复位按钮重启固件，启动/停止按钮控制 PWM 信号的启停，睡眠按钮开启和关闭睡眠模式。

用户组装选项

母板选项

• 在 HIP2104 子卡的 VBAT 输入上串联二极管（D1），用于在 LI-ON 电池有严重纹波电压时保持 VBAT，不需要时可用零欧姆电阻（R23）短路该二极管。
• 桥 FET 上的栅源电阻（R19 和 R21 省略）。
• 每个桥 FET 上的串联栅极电阻（R34 和 R35 安装为零欧姆）。
• 桥 FET 上的栅源和栅漏电容（C11、C12、C9 和 C10 省略），可添加电容模拟更大的 FET。

子卡选项

• HO 和 LO 输出有跨接串联栅极电阻的旁路二极管选项，用于实现驱动桥 FET 的慢速开启和快速关闭。
• LI 和 HI 输入有可选的 RCD 电路，用于在控制器没有内置死区时间能力时生成死区时间。
• HS 引脚有 RC 滤波器（HIP2103 子卡上的 R7/C7 和 HIP2104 子卡上的 R7/C9），早期工程样品需要该滤波器，生产级部件则不需要。

开关瞬态问题

HS、VBAT、VCEN 和 VDEN 引脚的推荐最大工作电压为 50V，包括桥电路中寄生电感产生的开关瞬态。VCEN 和 VDEN 输入的寄生电感会与引脚的输入电容和 PCB 上的并联外部寄生电容发生谐振，在较高电压水平下工作时，需要串联电阻 R30 和 R33 来抑制振铃尖峰。HS 引脚也可能出现类似的瞬态情况，由于桥 FET 的高速开关、开关电流的大幅度以及桥高电流 PCB 走线的寄生电感，振铃尖峰可能更严重。评估时应在整个工作负载范围内进行，包括故障电流。良好的桥电路 PCB 设计可减少但不能完全消除 HS 节点的振铃。评估这些引脚的尖峰时，示波器的时基应设置为约 100ns/格。

设置和操作说明

所需实验室设备

• 电源（或电池），桥偏置电压 13V 到 50V，电源电流额定值应满足外部负载测试需求。
• 12V、约 50mA 的偏置电源，用于测试 HIP2103。
• 3.3V 到 5.0V、约 50mA 的偏置电源，用于测试 HIP2103。
• 台式风扇（在高温环境下测试大负载时需要）。
• 四通道示波器，推荐约 500MHz。
• 电流探头（测试外部负载时可选）。
• 万用表。

微控制器初始配置

1. 将 5.0V 偏置电源连接到 +5V_GND 端子块（TB8）。
2. 确保 J2 上的跳线选择 5V 选项。
3. 使用 DIP 开关设置所需的 PWM 频率和死区时间，初始设置可选择 20kHz 和 400ns 死区时间。
4. 在母板的 HI 和 LI 测试点连接示波器探头，设置时基为 200ns/格，垂直增益为 2V/格，触发设置为 LI 输入在 2.5V 电平的负边沿触发，触发位置在 400ns 刻度处，使用自动触发模式。
5. 将占空比电位器 R1 逆时针旋转到底。
6. 打开实验室电源，观察四个 LED 依次闪烁，之后全部熄灭。
7. 观察 LI 和 HI 输入为低电平。
8. 按下启动/停止按钮，RUN LED（led0）闪烁，表示控制器的 PWM 信号已启用。
9. 缓慢顺时针旋转电位器 R1，直到出现所需波形。
10. 确认存在 400ns 死区时间。
11. 将电位器逆时针旋转使 PWM 周期为零。
12. 按下启动/停止按钮禁用 PWM 输出，led0 熄灭。
13. 按下睡眠按钮，led1 亮起，表示睡眠模式激活。
14. 按下启动/停止按钮，led0 闪烁，PWM 输出激活，同时 led1 熄灭，表示睡眠模式不再激活。
15. 按下睡眠按钮，led0 熄灭，led1 亮起，表示睡眠模式激活。

评估 HIP2104 子卡的初始设置

1. 将 HIP2104 子卡安装在母板上，注意极性。
2. 在母板的 HS 测试点连接额外的示波器探头，设置垂直增益为 10V/格，时基为 10µs/格。
3. 确保 VDEN 和 VCEN 开关关闭。
4. 将桥电源连接到 VBAT_GND 端子块（TB1）。
5. 初始输出设置为 20V，电流限制为 200mA，打开桥电源。如果使用 Li-on 电池，建议在 VBAT 输入端子上添加 100uF 或更大的电容。
6. 打开 VDEN 开关。
7. 测量 TB6 的 VDD 引脚相对于 GND 引脚的电压为 12V ±5%。
8. 打开 VCEN 开关。
9. 测量 TB6 的 VCC 引脚相对于 GND 引脚的电压为 3.3V ±3%。
10. 按下启动/停止按钮，led0 闪烁。
11. 顺时针旋转电位器，直到出现所需波形。
12. 确认 PWM 频率为 20kHz。
13. 关闭 VCEN 和 VDEN 开关，HS 输出停止切换。
14. 关闭桥电源。
15. 将 J2 跳线从 5V 位置移动到 VCC 位置，配置微控制器由 HIP2104 的 VCC 输出供电。
16. 打开桥电源（仍为 20V）。
17. 打开 VCEN 开关，四个 LED 依次闪烁，表示控制器已通电。
18. 按下启动/停止按钮，LI 和 HI 输入开始切换（HS 输出因 VDD 关闭而不切换）。
19. 打开 VDen 开关，HS 再次切换。

评估 HIP2103 子卡的初始设置

评估 HIP2103 的方法与 HIP2104 类似，但 VCC 和 VDD 偏置必须由外部偏置电源提供。TB6 在测试 HIP2104 时是 VCC 和 VDD 的输出端子，测试 HIP2103 时可作为 VDD 偏置的输入端子，TB6 上的 VCC 也可作为微控制器的偏置输入（或使用 TB8）。

使用外部信号测试的 DIP 开关配置

如果需要从外部控制器或逻辑发生器提供控制信号：

1. 将 DIP 开关配置为外部信号（所有开关打开）。
2. 按下启动/停止按钮，观察 led3（EXTERNAL）亮起。
3. 母板上的 U3 缓冲器进入三态模式，所有输入 VCEN、VDEN、HI、LI 必须来自外部控制器，使用端子块 GND_VDEN_VCEN（TB5）和 HI_LI（TB4）进行输入。

HIP2103_4MBEVAL1Z 评估板为工程师提供了一个全面的测试平台，可深入评估 HIP2103 和 HIP2104 半桥 MOSFET 驱动器的性能。在使用过程中，工程师们需要根据实际需求进行合理的配置和操作，以确保测试结果的准确性和可靠性。大家在使用这个评估板的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有趣的发现呢？欢迎在评论区分享交流。