探索ISL78424EVAL3Z与ISL78434EVAL1Z评估板：开启FET驱动评估新征程

在电子工程领域，对于FET驱动的评估和应用是一项关键任务。Renesas的ISL78424EVAL3Z和ISL78434EVAL1Z评估板为工程师们提供了一个便捷且全面的平台，用于评估ISL78424和ISL78434这两款100V 3A源、4A灌半桥驱动器。下面，让我们一起深入了解这两款评估板的特性、功能和使用要点。

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一、评估板概述

ISL78424EVAL3Z和ISL78434EVAL1Z评估板旨在为评估ISL78424和ISL78434半桥驱动器提供快速且全面的方法。评估板上包含两个N沟道MOSFET，可用于评估半桥驱动负载，如直流电机或同步开关稳压器。

（一）FET驱动器特性

ISL784x4系列FET驱动器采用14引脚HTSSOP封装，并带有散热焊盘。它们的工作电源电压范围为8V至18V DC，能够在70V半桥配置中驱动高端N沟道FET。

（二）独特功能

• ISL78424：具有独特的三电平PWM输入，可通过单个输入控制高端和低端栅极驱动器。当PWM引脚悬空时，内部上拉和下拉电阻将PWM引脚偏置到中间电平状态，此时高端和低端灌电流驱动器均激活，可禁用两个MOSFET，这对于需要降相的多相DC/DC转换器或在同步DC/DC转换器中实现异步操作非常有益。
• ISL78434：具有独立的HI和LI驱动引脚，可分别控制各自的FET输出驱动信号。此外，它还具有输入锁定保护功能，可防止两个驱动器输出同时为高电平。

（三）关键特性

• 3A源电流和4A灌电流NMOS栅极驱动器。
• 内部电平转换器和高端FET栅极驱动器的自举开关。
• 高达70V的高端栅极驱动参考电压。
• 8V至18V偏置电源操作。
• （仅ISL78424）单PWM输入用于高端和低端栅极驱动器，具有三电平用于关闭两个驱动器。
• （仅ISL78434）独立的HI和LI输入用于高端和低端栅极驱动器。
• （仅ISL78424）单个电阻可调节死区时间，范围从35ns到400ns。

（四）规格参数

• VDD电源：8V至18V。
• VBRIDGE电源输入：12V至70V。
• PWM开关频率：10kHz至1MHz。
• 预设半桥死区时间：使用10kΩ电阻时为165ns（自适应死区时间 + 可编程死区时间）。
• 峰值栅极驱动电流：3A源电流和4A灌电流。

二、功能描述

（一）应用场景

这两款评估板为用户提供了一个全面且通用的平台，用于评估ISL784x4 FET驱动器的功能并进行应用原型设计。它们适用于同步降压或升压应用的开环类型应用，其中ISL78424EVAL3Z通过PWM引脚的占空比控制输出电压，ISL78434EVAL1Z则通过HI和LI信号的比例控制输出电压。

（二）工作范围

ISL784x4 FET驱动器的电压额定值非常适合48V汽车系统。开关节点（HS）可在高达70V的电压下工作，并能承受高达86V的不频繁瞬态电压。自举（HB）节点（高端驱动器的电源）可在高达86V的电压下工作，并能处理高达100V的不频繁瞬态电压。ISL784x4驱动器系列的逻辑引脚可承受最高18V的VDD电压。高端和低端驱动器的栅极驱动由VDD提供。

（三）推荐设备

• 8V至18V电源，至少具有2A源电流能力。
• 0V至70V电源，用于偏置半桥。
• 100kHz至1MHz方波发生器，输出逻辑电平为0V至5V。
• 至少4通道示波器，用于验证PWM、HO、LO和HS信号。
• 负载，如直流电机或电子负载（可选）。

（四）快速启动指南

1. 将HO和LO信号的死区时间设置为110ns，方法是将RDT引脚连接一个10kΩ电阻到GND。若要更改死区时间，可将R10处的电阻替换为对应所需死区时间的值。
2. 确保使能开关（SW₁）处于关闭位置。
3. 将能够提供48V和10A的电源连接到VBAT_48V端子（J₁₉(+)和J₂₀(-)），并将电源开启至48V。
4. 将8V至18V电源连接到板上的VDD端子（J₂(+)和J₃(-)），并将电源开启至12V。
5. ISL78424：将0V至5V（PWM引脚电压最高可达VDD）、频率小于500kHz的方波信号连接到PWM BNC连接器J₁₃，无需分流跳线J₁₀。 ISL78434：将HI信号施加到BNC连接器J₉，LI信号施加到J₁₃ BNC连接器，并将分流跳线连接到J₁₀（HI/LI引脚电压最高可达VDD）。
6. 将使能开关（SW₁）切换到开启位置。
7. 验证HO和LO输出是否切换。LO在GND和VDD（此例中为12V）之间切换，与PWM反相；HO在GND和VHB + VBRIDGE（此例中为48V）之间切换，与PWM同相。

（五）死区时间测量

1. 确保示波器的任何通道都没有带宽限制，并将其设置为5V/div。
2. 将探头连接到J1上的LO信号（2引脚接头，GND(-)朝向板的顶部，LO(+)信号朝向板的底部）。
3. 将探头连接到J6上的HO信号（2引脚接头，GND(-)朝向板的顶部，HO(+)信号朝向板的底部）。
4. 将探头连接到J5上的HS信号（2引脚接头，GND(-)朝向板的左侧，HS(+)信号朝向板的右侧）。
5. 在示波器上添加数学测量，减去HO - HS信号。
6. 死区时间测量tDTHL：从（HO - HS）信号下降到50%电平到LO信号上升到50%电平的时间。使用10kΩ电阻时，板的默认配置下，tDTHL = 180ns（自适应死区时间（tADTC） + 电阻编程死区时间（tDTHL））。
7. 死区时间测量tDTLH：从LO信号下降到50%电平到（HO - HS）信号上升到50%电平的时间。使用10kΩ电阻时，板的默认配置下，tDTLH = 180ns（自适应死区时间（tADTC） + 电阻编程死区时间（tDTHL））。

三、PCB布局指南

（一）通用原则

1. 为获得最佳热性能，将驱动器的散热焊盘连接到低热阻接地平面。使用尽可能多的过孔将顶层印刷电路板（PCB）的散热焊盘连接到其他PCB层的接地平面。为获得最佳电气性能，通过散热焊盘将VSS和AGND引脚连接在一起，以保持两个引脚之间的低阻抗连接。
2. 当使用可调死区时间（仅ISL78424）时，将电阻连接到RDT引脚和靠近IC的GND平面，以最小化接地噪声对定时性能的影响。
3. 将VDD去耦电容和自举电容分别放置在靠近VDD - VSS和HB - HS引脚的位置。使用去耦电容减少寄生电感的影响。为了有效，这些电容的引脚长度也必须尽可能短。如果使用过孔，连接多个并联过孔以降低电感。
4. 通过并联源极和返回走线，使电源环路尽可能短。
5. 可能需要添加电阻来抑制谐振寄生电路。在LO和HO输出有长引线的PCB设计中，在桥接FET上添加串联栅极电阻以抑制振荡。
6. 大型功率组件（功率FET、电解电容、功率电阻等）具有无法消除的内部寄生电感。在PCB布局和电路设计中必须考虑这一点。
7. 如果进行电路仿真，考虑包含寄生组件。

（二）物料清单

文档中详细列出了ISL78424EVAL3Z和ISL78434EVAL1Z评估板的物料清单，包括IC、电容、电阻、晶体管、开关、连接器等组件的型号和数量。

（三）板布局

文档提供了ISL78424EVAL3Z和ISL78434EVAL1Z评估板的各层布局图，包括丝印顶层、各层布线等。

四、典型性能曲线

文档给出了在特定条件下（(V{DD}=12V)，(V{BRIDGE}=48V)，PWM = 100kHz方波，0V至5V，25%占空比，(T_{A}= +25^{circ}C)）的典型性能曲线，包括ISL78424EVAL3Z和ISL78434EVAL1Z的死区时间相关曲线。

五、总结

ISL78424EVAL3Z和ISL78434EVAL1Z评估板为工程师提供了一个全面且实用的平台，用于评估ISL78424和ISL78434半桥驱动器的性能。通过遵循快速启动指南和PCB布局指南，工程师可以快速搭建测试平台，并进行相关性能测试。在实际应用中，你是否遇到过类似评估板使用中的问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。