探索 EVAL - iSSI30R12H 评估板：开启无芯变压器固态隔离器的应用之旅

在电子设计领域，隔离器是保障电路安全和稳定运行的关键组件。今天，我们将深入探讨英飞凌的 EVAL - iSSI30R12H 评估板，它搭载了先进的无芯变压器固态隔离器 iSSI30R12H，为我们带来了诸多独特的功能和特性。

文件下载：Infineon Technologies EVAL-iSSI30R12H 评估板.pdf

评估板概述与关键特性

EVAL - iSSI30R12H 评估板专为在应用电路中评估英飞凌 iSSI 固态隔离器 iSSI30R12H 的产品特性而设计。它具有以下显著特点：

1. 独特电路配置：采用交流开关配置，集成了 iSSI30R12H 和两个 CoolMOS™ IPT60T022S7 MOSFET，这种组合为电路设计提供了更强大的性能。
2. 超快速过流检测：能够在典型峰值电流 35 A 时触发过流保护，快速响应电路中的异常电流，有效保护电路元件。
3. 直接芯片温度测量：可对 CoolMOS™ 进行直接芯片温度测量，并在温度达到 155°C 时实现关机保护，确保器件在安全的温度范围内工作。
4. 快速开关特性：具备快速导通和关断能力，在过流和过温保护触发后能迅速做出反应，提高电路的响应速度。
5. 动态米勒钳位：有效抑制米勒效应，提升电路的稳定性和可靠性。

不过，需要注意的是，该评估板更适合用于测试开关性能，在连续运行时需要额外考虑热平衡和功率平衡问题。其控制接口可连接脉冲发生器、微控制器或其他具有至少 25 mA 驱动能力的数字电路。

绝对最大额定值、工作条件和电源电压

为了确保评估板和 iSSI 固态隔离器的正常运行，我们需要了解其定义的工作条件和最大额定值。以下是一些关键参数：

绝对最大额定值

Pin/parameter name	Connector	Min	Max	Unit	Note
VSUP	X2.1,X2.2	-10	3.6	V	Input, iSsi solid - state isolator voltage supply
INP	X2.5,X2.6	-10	15	V	Input, digital signal
HV - AC1 HV - AC2	HV - AC1 HV - AC2	-320	320	V	Input, high - voltage power supply. For 42V and above, special high - voltage lab environment is strongly recommended
AC - 15 RMS current	HV - AC1/2		2	A
RMS current	HV - AC1/2		7	A
DC current	HV - AC1/2		7	A
AC1 peak current AC2 peak current	HV - AC1 HV - AC2		45	A	Phase peak current for overcurrent protection test (tpulse <20us)
fsw			1	Hz	Maximum switching frequency for continuous operation. Power dissipation required for power transistor and iSsi solid - state isolator has been carefully considered

工作条件和电源电压

Pin name	Min.	Typ.	Max.	Unit	Note
VSUP	2.5	3.3	3.5	V	Input voltage supply
INP	0		3.3	V	Input, digital signal
HV - AC1	-320		320	V	Input, high - voltage power supply, referenced to HV - AC2. For 42V and above, special high - voltage lab environment is strongly recommended

印刷电路板 (PCB) 组件针对 3.3 V 的 VSUP 电源进行了优化，若使用更高的电源电压，可能需要调整限流电阻 R1。

评估板的使用入门

准备工作

在使用 EVAL - iSSI30R12H 评估板之前，我们需要做好以下准备：

1. 准备一个低电压电源，为输入电源电压 VSUP 供电，电流能力至少为 25 mA。
2. 准备一个电源 $V{HV}$，并串联一个合适的负载 $Z{Load}$，用于连接 HV - AC1 和 HV - AC2。
3. 准备一个函数发生器，用于输入控制信号 INP。

上电步骤

1. 将电源电压 VSUP 连接到连接器 X2.1（+3.3 V），将地 GND 连接到连接器 X2.7。
2. 将数字脉冲宽度调制 (PWM) 发生器连接到输入信号连接器 X2.5，将地 GND 连接到连接器 X2.9。确保 PWM 发生器的输出处于禁用状态或信号设置为低电平。
3. 将电源 $V_{HV}$ 连接到连接器 HV - AC1。
4. 将电源 $V{HV}$ 的地连接到负载 $Z{Load}$ 的一端，将负载的另一端连接到连接器 HV - AC2。
5. 此时，评估板即可进行开关评估。

安全下电步骤

1. 关闭电源 $V_{HV}$。
2. 对直流母线电容（如果有）进行放电，并使用数字万用表或示波器检查直流母线电压（对于直流操作）。
3. 关闭低电压电源。

保护功能详解

过流保护

评估板的过流保护检测电路通过监测分流电阻 Rsh 两端的电压来实现。该信号经过由 R3 和 C6 组成的噪声 RC 滤波器后，由 iSSI 的集成比较器将其与 iSSI30R12H 端子 CS 处的固定阈值电压 $|V{CS, th}|$ 进行比较。我们可以通过以下公式改变分流电阻 Rsh 的值来调整最大峰值电流： $Rsh=frac{V{CS, th}}{I_{pk, max }}$

一旦触发过流保护，保护机制会迅速响应，能够在极短时间内关闭 CoolMOS™ IPT60T022S7 等功率开关。触发过流保护会导致功率开关以吸收电流 $I_{off, fast, sat}$ 锁存关断。要恢复正常运行，需要将 VSUP 设为 0 V 或在逻辑控制输入 INP 处施加低信号。

过温保护

iSSI30R12H 为 CoolMOS™ IPT60T022S7 内部的温度感应二极管提供恒定偏置电流 $TS, bias$。该恒定电流在二极管上产生与温度相关的正向电压，二极管电压连接到端子 TS，端子电压与阈值电压 $V{TS, th}$ 进行比较。集成比较器包含一个持续时间为 $t{TS, filter}$ 的噪声滤波器，用于安全检测传感器信号，同时还可通过外部 RC 滤波器（R4, C7）进行补充。

触发过温保护后，保护机制同样会快速响应，能在短时间内关闭功率开关。触发过温保护也会导致功率开关以吸收电流 $I_{off, fast, sat}$ 锁存关断。要恢复正常运行，同样需要将 VSUP 设为 0 V 或在逻辑控制输入 INP 处施加低信号。此外，我们还可以通过外部加热温度传感器来强制触发过温保护。

连接器和引脚分配

评估板的连接器和引脚分配如下表所示：	Connector	Pin	Marking/ function	Note
X2	1,2,3,4 5,6 7,8,9,10	VSUP INP GND1	isSl solid - state isolator voltage supply iSSl solid - state isolator input signal /INF isSl solid - state isolator voltage supply reference
HV - AC1	1	HV - AC1	High - voltage power supply
HV - AC2	1	HV - AC2

评估板的功能选项

评估板提供了一些未安装元件实现的功能选项：

1. 缓冲电路实现：可以通过安装相关元件实现缓冲电路（C11, C12, R7），以改善电路的性能。
2. PTC 电阻替代：可以使用 PTC 电阻 R14 替代 IPT60T022S7 的片上温度感应功能。但需要进行以下操作：移除 R9，在 R14 焊盘上安装合适的 PTC 电阻，并将 iSSI30R12H 更换为 iSSI30R11H。

总结

EVAL - iSSI30R12H 评估板为我们提供了一个全面评估英飞凌 iSSI30R12H 固态隔离器的平台。它具有丰富的功能和特性，如超快速过流检测、直接芯片温度测量等，能够满足多种电路设计的需求。同时，我们在使用过程中需要严格遵循其工作条件和最大额定值，注意安全操作。在实际应用中，我们还可以根据具体需求选择合适的功能选项，进一步优化电路性能。大家在使用该评估板的过程中，有没有遇到过什么有趣的问题或者独特的应用场景呢？欢迎在评论区分享交流。