Q-DPAK Full Bridge V2.1评估板：解锁碳化硅MOSFET性能新可能

在电力电子领域，评估板是验证和探索新型功率器件性能的重要工具。今天，我们就来深入了解一下英飞凌的Q-DPAK Full Bridge V2.1评估板，看看它如何助力工程师评估最新的碳化硅（SiC）功率技术。

文件下载：Infineon Technologies Q-DPAK全桥V2.1评估板.pdf

评估板概述

Q-DPAK Full Bridge V2.1评估板（ISPN: EVAL_QDPAK_FB_V2_1）是一个专门用于评估英飞凌CoolSiC™ 750 V G2碳化硅MOSFET在Q-DPAK封装中开关性能的平台。它采用全桥拓扑结构，集成了四个750 V的CoolSiC™开关、相应的英飞凌栅极驱动器、小型DC-DC转换器以及支持直流母线和终止功率环路的无源元件。

设计特点

• 高速开关优化布局：评估板的设计旨在实现尽可能高的灵活性，展示了Q-DPAK封装中高速开关器件的最佳应用。其功率环路的布局和设计针对高速开关性能进行了优化，能够实现最快的开关速度。
• 多种操作模式：支持单脉冲和连续PWM操作，适用于不同的测试场景。
• 安全间距设计：顶层和底层高压电位之间的间隙为2.6 mm，内层间隙为0.6 mm，确保了高压环境下的安全性。
• 优化的栅极环路设计：为高速驱动提供了良好的性能保障。
• 探测端口：提供了用于测量半桥漏源电压（$V{ds}$）和栅极至开尔文源电压（$V{gsk}$）的探测端口，方便工程师进行测试和分析。

适用场景提醒

需要注意的是，这是一款面向应用的评估板，虽然布局针对快速开关进行了优化，但它并不是一个开关损耗评估平台，因为其换向环路中没有电流传感器。如果需要进行开关损耗评估，请参考英飞凌在其官方网站上提供的相关评估板。此外，该评估板没有装配散热器，因此更适合单脉冲测试，而不是连续开关操作。如果需要进行连续高功率操作，可以额外安装散热器。同时，该评估板并不符合商业应用所需的所有安全、EMI和质量标准（如UL和CE）。

订购与支持信息

订购信息

如果您想订购这款评估板，可以在英飞凌官方网站上使用以下信息进行订购：

• ISPN: EVAL_QDPAK_FB_V2_1
• OPN: EVALQDPAKFBV21TOBO1
• SP No.: SP00612907
• SA No.: SA006129076

技术支持

如果您在使用过程中需要额外的支持和帮助，可以访问英飞凌开发者社区或使用其MyCases支持系统与英飞凌专家取得联系。

评估板使用注意事项

重要声明

评估板和参考板仅用于演示和评估目的，并非商业化产品。它们的设计虽然考虑了环境条件，但仅在本文件所述的条件下进行了测试，在安全要求、整个工作温度范围或使用寿命内的制造和操作方面并未经过全面验证。因此，这些评估板和参考板不应用于可靠性测试或生产，用户需要确保其使用方式符合所在国家的相关要求和标准。

安全预防措施

在使用评估板时，务必注意以下安全事项：

• 高压操作：在使用示波器观察波形时，必须使用高压探头，否则可能导致人身伤害或死亡。
• 电容放电：评估板包含直流母线电容器，在移除主电源后需要一定时间才能放电。在对系统进行操作之前，请等待至少五分钟，确保电容器放电至安全电压水平。
• 断电操作：在断开或重新连接电线或进行维护工作之前，请先移除或断开电源，并等待至少五分钟让母线电容器放电。
• 热管理：评估板或参考板的散热器和器件表面在测试过程中可能会变热，因此在处理时需要采取必要的预防措施。
• 专业人员操作：只有熟悉电力电子和相关机械设备的人员才能对系统进行规划、安装、调试和维护，否则可能导致人身伤害和/或设备损坏。
• 静电防护：评估板或参考板包含对静电放电（ESD）敏感的端口和组件，在安装、测试、操作或维修时需要采取静电控制措施。
• 包装材料移除：评估板在运输时配备了包装材料，在安装前需要将其移除，否则可能导致过热或异常运行情况。

评估板详细参数与功能

供货范围

评估板提供了一个经过全面测试的PCB，用于评估英飞凌最新的高压离散碳化硅MOSFET。它采用了以下英飞凌产品：

• AIMDQ75R016M2H：英飞凌CoolSiC™ G2汽车功率MOSFET 750 V
• 2EDB9259Y：英飞凌EiceDRIVER™双通道隔离栅极驱动器IC，采用150 mil DSO封装
• BAT165：英飞凌中功率AF肖特基二极管

评估板经过了有限能量的电气测试（如双脉冲测试），用户可以自行安装散热器进行热管理，但评估板本身不配备散热器。PCB上的钻孔与Advanced Thermal Solutions, Inc.的ATS-61600W-C2-R0散热器或其他供应商的类似散热器兼容。

技术参数

为了确保评估板的安全和正确运行，请在以下参数范围内操作：	参数	符号	条件	值	单位
最大输入电压	$V_{HV,max}$	HV+和HV_GND之间施加的直流电压	500	V
HB “A”的最大换向电流	$I_{L,max@500V,A}$	$V_{in}$ = 500 V时，HB “A”上允许的最大电感电流	100	A
HB “B”的最大换向电流	$I_{L,max@500V,B}$	$V_{in}$ = 500 V时，HB “B”上允许的最大电感电流	90	A
标称LV输入电压	$V_{eCLV}$	具有至少500 mA电流能力的稳压直流电源	12	V
PWM输入“ON电平”	$V_{PM.ON}$	IN_A_LS、IN_A_HS、IN_B_LS和IN_B_HS端子上的PWM信号，高阻抗驱动信号	3.3	V
PWM输入“OFF电平”	$V_{Pw.OFF}$	IN_A_LS、IN_A_HS、IN_B_LS和IN_B_HS端子上的PWM信号，高阻抗驱动信号	0	V
绝对最大漏源电压	$V_{DS.MAX}$	该评估板上测量的漏极和源极之间允许的绝对最大瞬态电压，对于使用750V SiC G2的最终应用，请参考产品数据表	650	V

系统操作与测试

准备工作

在开始使用评估板之前，需要进行以下准备工作：

1. 打开评估板包装，检查是否有明显损坏。
2. 准备一个实验室工作台，配备以下设备：
   • 低压直流电源
   • PWM发生器
   • 高压直流电源
   • 功率电感器

双脉冲开关操作

双脉冲模式是评估英飞凌G2碳化硅MOSFET开通和关断电压瞬态的基本测试方法。其操作步骤如下：

1. 打开一个MOSFET，使外部电感器以预期电流磁化。
2. 关闭该MOSFET，电流由第二个MOSFET的体二极管接管。
3. 随后的短脉冲再次打开该MOSFET，然后再次关闭。
4. 电感器中存储的总能量通过体二极管耗散。

通过这种方式，可以研究MOSFET的开通和关断行为。在进行双脉冲测试时，需要注意以下几点：

• 布线设置：正确连接低压直流电源、PWM输入信号、负载电感器和高压电源，并使用正确的探头连接方式进行电压测量。
• 测量注意事项：在测量$V_{gsk}$电压时，探头的接地连接应参考MOSFET “LSA”的开尔文源引脚，与$V{ds}$探头的接地不同。如果同时测量$V{gsk}$和$V{ds}$电压，建议使用差分探头以避免通过示波器短路信号。为了获得最佳测量结果，建议一次只使用一个无源探头，并断开所有其他探头以避免短路或共模问题。

特殊操作模式

二极管测试

通过主动驱动高端MOSFET并测量相反低端MOSFET的$V_{ds}$波形，可以将低端MOSFET视为二极管进行测试。这种方法可以帮助工程师了解MOSFET在特定工作模式下的性能。

全同步操作

评估板还可以作为更复杂测试的构建块，通过为每个MOSFET提供独立的PWM信号，可以将其作为同步全桥进行驱动，实现DC-AC逆变器或AC-DC整流器（图腾柱PFC）等功能。需要注意的是，传感、控制和保护功能不在评估板的范围内，需要外部实现。

系统设计资源

英飞凌在其官方网站上提供了评估板的完整系统设计资源，包括物料清单、完整原理图、所有PCB设计资源以及完整的Altium项目。这些资源为工程师进行进一步的开发和定制提供了便利。

总结

Q-DPAK Full Bridge V2.1评估板为工程师提供了一个便捷的平台，用于评估英飞凌CoolSiC™ 750 V G2碳化硅MOSFET的开关性能。其优化的布局和多种操作模式使其适用于不同的测试场景，但在使用过程中需要注意其适用范围和安全事项。希望本文能帮助大家更好地了解这款评估板，在实际应用中发挥其最大价值。大家在使用过程中有任何问题或经验，欢迎在评论区分享交流。