探索 EVAL - IHW25N140R5L：2kW 感应加热评估板的深度剖析

在电子工程师的日常工作中，评估板是我们探索新技术、验证设计理念的重要工具。今天，我们就来深入了解一下 Infineon 的 EVAL - IHW25N140R5L 2kW 感应加热评估板，看看它有哪些独特之处，以及如何在实际应用中发挥作用。

文件下载：Infineon Technologies EVAL-IHW25N140R5L评估板.pdf

评估板概述

EVAL - IHW25N140R5L 是一款专为感应加热和共振开关应用设计的准谐振板，它采用了全新的 1400V 反向导通 R5L IGBT，搭配 Infineon EiceDRIVER™ 1ED4417xx 系列的栅极驱动 IC。这款评估板适用于想要学习如何将英飞凌反向导通 IGBT 与 EiceDRIVER™ 结合使用的工程师，以及设计含英飞凌 EiceDRIVER™ 和/或 RC IGBT 电路、开发电力电子设备的设计工程师。

不过，需要注意的是，该评估板的 PCB 和辅助电路并非针对最终客户设计进行优化，它仅用于设计过程中的评估和测量特性曲线，以及检查数据手册规格。

评估板基本信息

范围和目的

此评估板旨在展示 1400V 反向导通 R5L IGBT 在感应加热和共振开关应用中的性能，同时结合英飞凌的 EiceDRIVER™ 栅极驱动 IC，为工程师提供一个完整的解决方案。

目标受众

• 希望学习如何将英飞凌反向导通 IGBT 与 EiceDRIVER™ 1ED4417xx 系列结合使用的工程师。
• 设计含英飞凌 EiceDRIVER™ 和/或 RC IGBT 电路、开发电力电子设备的设计工程师。

评估板用途

在设计过程中用于评估和测量特性曲线，检查数据手册规格。

重要注意事项

评估板并非商业化产品，仅用于评估和测试目的，不适合用于可靠性测试或生产。它可能不符合 CE 或类似标准，客户需确保其使用方式符合相关要求和标准。

安全注意事项

在使用评估板时，安全是至关重要的。以下是一些需要特别注意的安全事项：

1. 高压风险：该板的直流母线电位高达 1000VDC，使用示波器测量电压波形时，必须使用高压差分探头，否则可能导致人身伤害或死亡。
2. 电容放电：评估板包含直流母线电容器，主电源移除后需要时间放电。在对驱动系统进行操作前，需等待五分钟，确保电容器放电至安全电压水平，否则可能导致人身伤害或死亡。
3. 热管理：评估板的散热器和设备表面在测试过程中可能会变热，处理时需采取必要的预防措施，以免造成伤害。
4. 静电防护：评估板包含对静电放电敏感的部件和组件，安装、测试、维修时需采取静电控制措施，否则可能导致组件损坏。

评估板详细介绍

整体概况

EVAL - IHW25N140R5L 感应加热板模拟了典型的感应烹饪系统，采用 25A、1400V 反向导通 R5L IGBT，由 1ED4417xx 栅极驱动器驱动。板载微控制器可实现快速原型设计，并能自动调整工作条件。该板适用于测试基于准谐振拓扑的系统中的功率半导体操作，已在输入电压 220V、输出功率高达 2kW 的条件下进行测试。

供应范围

评估板包含两块印刷电路板，主电路板包含逆变器电路的所有电力电子部件，另一块是用户界面板，可控制和改变逆变器的工作条件。此外，还配备一个谐振线圈，用户可连接不同线圈测试不同负载变体。

交付内容

项目	描述	数量
EVAL - IHW25N140R5L 逆变器	包含准谐振逆变器的所有功率和辅助组件	1
EVAL - IHW25N140R5L 界面	带用户控制按钮的板	1
烹饪线圈	具有适合谐振槽的电感值的典型烹饪线圈	1

框图

评估板的框图展示了其主要构建模块，包括电源输入、控制电路、IGBT 驱动、谐振负载等部分，为我们理解其工作原理提供了清晰的框架。

主要特点

• 准谐振拓扑：实现高效的能量转换。
• 2kW 输出功率：满足大多数感应加热应用的需求。
• 9 级功率控制：可根据实际需求灵活调整功率输出。
• 多重保护功能：包括过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护等，确保系统的稳定性和可靠性。
• 99 分钟定时器功能：方便用户设置加热时间。
• 隔离用户界面：提高操作的安全性。

系统和功能描述

启动设置

要对评估板进行评估，需按以下步骤进行设置：

1. 将用户界面板连接到 CN1。
2. 将风扇连接到 2 针连接器 CN2。
3. 将锅具温度传感器连接到 3 针连接器 CN3。
4. 将谐振线圈连接到 P3 和 P4 螺丝端子。
5. 将交流电源连接到相应的 AC - L 和 AC - N 端子。

在通电前，务必确保所有电气连接正确，且评估活动应由经验丰富的人员进行。

推荐关机程序

在正常运行且无电气故障的情况下，建议按下功能按钮停止评估板，这样可使功率传输停止，但板的辅助部分仍保持活动，风扇继续为 IGBT 和整流器降温。而按下电源按钮或关闭交流电源会中断整个电源供应，散热器可能会因高温而损坏。

功能模块和控制说明

评估板的功能模块包括电源输入、控制电路、IGBT 驱动、谐振负载等部分。用户界面板提供了各种控制按钮，如电源按钮、功能按钮、上下按钮、定时器按钮、电压按钮等，可实现功率控制、时间设置、电压显示等功能。

基本操作示例

1. 按下电源按钮，7 段显示屏上会闪烁两个短划线“ - - ”，表示感应板的所有辅助部件已开启，但此时电感功率传输尚未开始。
2. 按下功能按钮，以最高功率水平 P9（相当于 2kW 输出）开始功率传输。
3. 使用上下按钮在 P1 至 P9 的范围内调整输出功率水平，每个功率水平相差 200W。
4. 按下定时器按钮设置感应板自动停止运行的时间，此时底部的 LED 会亮起，在定时器模式下，可使用上下按钮设置时间。
5. 按下电压按钮，7 段显示屏将显示电压水平。

系统设计

原理图

评估板的完整原理图以 PDF 格式提供，可在评估板网页的设计支持部分下载，但需要登录凭证。

布局

评估板的印刷电路板布局参数如下：	参数	值
电路板尺寸：逆变器板/界面板	145mm x 90mm / 235mm x 45mm
层数	1
层厚度	35μm
最终板厚度	1.6mm
PCB 材料	FR4

物料清单

完整的物料清单（BOM）可在评估板网页的设计支持部分下载，同样需要登录凭证。部分重要/关键部件的 BOM 如下：	数量	标识符	描述	制造商	制造商 P/N
1	C3	0.33uF/1200Vdc(630Vac) J 黑色垂直，尺寸：W:35 T:15 H:26mm，P = 30.5mm，L = 15mm	Fengming	PSB2123330KHSD
1	IGBT1	IGBT 晶体管 TrenchStop RC	Infineon	IHW25N140R5L
1	U1	微控制器	Holtek	NW2018
1	U2	AC/DC PFM 转换器	CHIPOWN	PN8044
1	Uo	栅极驱动器 LOW SIDE DRIVERS	Infineon	1ED44175N01BXTSA1

连接器细节

评估板的连接器功能如下：	PIN	标签	功能
1	AC - L	交流电源相线
1	AC - N	交流电源中性线
4	CN1	用户界面板连接器
2	CN2	风扇连接器
3	CN3	锅具温度传感器连接器
1	P3	谐振线圈连接器
1	P4	谐振线圈连接器

系统性能

测试点

评估板的 IGBT 三个端子均有暴露的测试点，方便进行电压测量。测量 IGBT 波形时，建议使用衰减倍数为 100x 或更高的高压探头测量集电极 - 发射极电压，使用低压探头测量栅极信号。功率开关的电流可使用罗氏线圈测量，需将其环绕在功率开关的集电极引脚上。

在测量时，为避免损坏测量设备，所有测量信号必须具有相同的参考点，否则应使用差分探头。同时，建议使用隔离交流电源，若直接从电网供电，示波器需通过隔离变压器进行隔离。

此外，还可观察评估板的热性能，通过测量 IGBT 温度来评估功率开关的性能或调整最终感应加热系统的冷却系统。

测试结果

负载检测

在逆变器运行开始时，会通过谐振线圈施加一个短脉冲，以检测是否有炊具放置在上面。若处于空载状态，逆变器将保持关闭。

软开关和硬开关

该谐振逆变器的典型运行方式是软开关换相，可减少功率开关的损耗，提高效率。但在某些情况下，如在低功率水平或负载等效电阻较高时，可能会出现硬开关操作，导致 IGBT 电容瞬间放电，产生高电流。为避免长时间硬开关操作，逆变器采用了突发模式操作，在低输出功率水平下以较高功率但间歇性的方式运行。

热测试结果

热测试结果表明，IGBT 的温度随输出功率的增加而降低，在低功率水平下，硬开关事件会导致损耗增加。

附录

谐振负载细节

附录中提供了谐振负载的电气特性参数，包括有无容器时的参数，可根据用户的具体条件进行参考。使用其他线圈或锅具时，需测量其个体特性。为避免因硬开关事件增加而导致的过度损耗，炊具应放置在距离线圈 5 至 10mm 的位置，可通过在线圈上放置导热垫来实现。同时，为安全起见，建议在线圈和炊具之间使用云母片。

参考文献

文档中还提供了相关的参考文献，方便读者进一步了解相关技术和产品信息。

总结

EVAL - IHW25N140R5L 2kW 感应加热评估板为工程师提供了一个全面的平台，用于评估和测试反向导通 R5L IGBT 在感应加热应用中的性能。它具有丰富的功能和保护特性，可帮助工程师快速实现原型设计和验证。但在使用过程中，务必严格遵守安全注意事项，确保操作的安全性。同时，对于评估板的性能和应用，还需要根据实际需求进行进一步的测试和优化。

你在实际应用中是否遇到过类似的评估板？你对它的性能和使用体验有什么看法？欢迎在评论区分享你的经验和见解。