解析EVAL - 1ED3121Mx12H评估板：从功能到设计要点

在电力电子设备设计领域，评估板是工程师了解和验证新器件性能的重要工具。今天，我们就来详细剖析Infineon的EVAL - 1ED3121Mx12H评估板，看看它能为我们带来哪些价值。

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评估板概述

EVAL - 1ED3121Mx12H评估板搭配1ED3121MU12H或1ED3121MC12H栅极驱动IC，旨在展示英飞凌EiceDRIVER Compact栅极驱动IC的功能和关键特性。不过需要注意的是，该评估板仅用于实验室环境，由专业人员操作，并且在制造、寿命和全环境工作条件方面未经过全面测试。

目标用户

• 想要学习使用英飞凌EiceDRIVER的工程师。
• 用英飞凌EiceDRIVER、IGBT和CooISiC MOSFET设计电路的经验丰富的设计工程师。
• 设计功率电子设备（如逆变器）的设计工程师。

电气特性

关键特性

• 半桥配置：采用半桥配置，配备两个栅极驱动IC，可驱动IGBT和SiC MOSFET等功率开关，开关类型可自由选择。
• 过流反馈：有额外的栅极驱动IC，用于将高压侧的隔离过流反馈信号传输到逻辑控制侧。
• 过流检测：使用快速运算放大器作为比较器进行过流检测。
• 尺寸小巧：未组装功率开关时，尺寸为(85 × 55 × 15 mm^{3})。
• 适用测试：非常适合双脉冲测试，但连续运行时需考虑热和功率负载，建议在高压电源处添加高压直流阻断电容。
• 安全设计：低压接口可由脉冲发生器、微控制器或其他数字电路控制，具备快速过流检测和保护电路，通过电隔离反馈路径连接到低压输入侧，输入侧触发器会锁存过流事件信息，报告故障并关闭两个栅极驱动IC，按下S1按钮可清除触发器，重新启用栅极驱动IC。

绝对最大额定值、工作条件和电源电压

评估板上的所选组件和栅极驱动IC都有最大额定值和工作条件，以避免损坏各个部件和评估板。具体参数如下：	Pin/parameter name	Abs. Max.	Unit	Note
+15V_IN	-0.2 … 20	V	input, support supply voltage
VCC1	-0.2 … 5.3	V	input, gate driver IC supply voltage
FAULT	-0.2 … VCC1 + 0.2	V	output, digital signal
RST	-0.2 … VCC1 + 0.2	V	input, digital signal
IN_HS	-0.2 … VCC1 + 0.2	V	input, digital signal
IN_LS	-0.2 … VCC1 + 0.2	V	input, digital signal
VCC2_HS , VCC2_LS	-0.2 … 40	V	overall isolated secondary supply with reference to VEE2_HS / VEE2_LS
VCC2_HS , VCC2_LS	-0.2 … 25	V	positive secondary supply voltage with reference to GND2_HS / GND2_LS
GND2_HS , GND2_LS	-0.2 … 25	V	gate reference supply pin with reference to VEE2_HS / VEE2_LS
V - HV	-0.2 … 1200	V	input, high - voltage supply, for voltages above 42 V, special high voltage lab environment is strongly recommended
Phase peak current	25	A	phase peak current for double pulse tests
t pulse	100	µs	maximum ON pulse length for double - pulse tests
f sw	100	kHz	maximum switching frequency for continuous operation, careful consideration of power dissipation required

PCB组件针对3.3 V的VCC1电源电压进行了优化，若使用更高的电源电压，需要调整状态LED的限流电阻。

启动步骤

前提条件

• 在Q1和Q2位置组装合适的功率开关，如IKQ75N120CH3 IGBT。
• 在J1 - 1/2 (V - HV)和J3 - 2 (HV_GND)之间组装一个外部高压直流电容器（(>100 μF)）。
• 准备好用于输入支持和逻辑电源的低压电源（+15V_IN，VCC1）。
• 准备好用于栅极驱动输出电源的隔离低压电源（VCC2_LS，VCC2_HS，GND2_LS，GND2_HS，VEE2_LS和VEE2_HS）。
• 准备好用于J1 - 1/2 (V - HV)和J3 - 2 (HV_GND)之间的高压直流电源。
• 准备好用于双脉冲测试的电感负载。
• 准备好用于半桥PWM输入的双通道PWM发生器。

上电顺序

1. 在连接器J13.2提供+16 V的+15V_IN，并将电源地连接到连接器J13.1。
2. 在连接器J6.2提供+3.3 V的VCC1，并将电源地连接到连接器J6.1。
3. 红色LED D7将亮起。
4. 根据组装的功率开关需求，在连接器J4的VCC2_HS、GND2_HS和VEE2_HS，以及连接器J5的VCC2_LS、GND2_LS和VEE2_LS处分别提供电源。
5. 绿色LED1将亮起。
6. 按下S1重置错误触发器。
7. 红色LED D7将熄灭，绿色LED D6将亮起。
8. 将数字PWM发生器连接到标记为IN_HS和GND以及IN_LS和GND的数字接口连接器J7和J8。
9. 将高压电源连接到连接器J1.1或J1.2，将HV_GND连接到J3.2。
10. 将电感负载的一端连接到J2.1，另一端根据双脉冲测试要求连接到J1.1或J3.2（低侧或高侧测试）。
11. 评估板现在可进行双脉冲评估。

过流保护

过流保护用于保护评估板和组件免受大电流损坏。通过测量分流电阻R19两端的电压来确定电流，该电压可在测试点TP14和TP16处获取。检测电路测量R19两端的电压，将信号通过低通滤波器R18和C18，然后与由分压器R12和R20定义的参考电压进行比较。跳闸点约为32 A，可通过更改R19和/或调整参考分压器R12和R20来适应应用需求。输出信号通过U3传输到低压域，触发触发器并存储过流事件。触发器触发后，通过ENABLE信号关闭两个栅极驱动IC，同时将过流事件作为FAULT信号报告给数字接口连接器，并点亮LED7。要恢复正常操作，需按下S1重置触发器，此时LED7熄灭，LED6再次亮起。

连接器和引脚分配

评估板上的连接器及其引脚分配如下表所示：	Connector	Pin	Marking/ function	Note
J1	1, 2	V - HV	High voltage power supply
J2	1, 2	PHASE
J3	1	SENSE
J3	2	HV_GND
J4, J9	1	VEE2_HS	High side negative gate driver supply
J4, J9	2	GND2_HS	High side gate driver supply reference
J4, J9	3	VCC2_HS	High side positive gate driver supply
J5, J10	1	VEE2_LS	Low side negative gate driver supply
J5, J10	2	GND2_LS	Low side gate driver supply reference
J5, J10	3	VCC2_LS	Low side positive gate driver supply
J6, J7, J8, J11, J12, J13	1	GND	Logic side ground reference
J6, J12	2	VCC1	Logic side supply voltage, 3.3 V or 5 V
J7	2	IN_HS	Logic PWM input high side gate driver
J8	2	IN_LS	Logic PWM input low side gate driver
J11	2	+15V	15 V for external power supply without protection diode
J11	3	PWM_PSU	PWM output for external power supply from J14.9
J13	2	+15V_IN	15 V input supply voltage for external power supply
J14	1, 2	n.c.	not connected
J14	3	VCC1	Logic side supply voltage, 3.3 V or 5 V
J14	4	GND	Logic side ground reference
J14	5	RST	Reset input for overcurrent flip - flop, connected to S1
J14	6	FAULT	Fault feedback signal
J14	7	IN_HS	Logic PWM input high side gate driver
J14	8	IN_LS	Logic PWM input low side gate driver
J14	9	PWM_PSU	PWM input for external power supply to J11.3
J14	10	+15V	15 V for external power supply without protection diode

原理图和PCB布局

原理图

评估板的原理图分为以下几个部分：

• 栅极驱动IC及其周围电路
• 过流检测
• 过流状态显示
• 带连接器和复位开关的接口

PCB布局

评估板采用两层PCB，顶层和底层。大多数组件安装在顶层，其布局可作为开发更复杂应用电路的起点。

物料清单

物料清单列出了PCB使用的所有组件，包括电容、二极管、LED、连接器、功率开关、电阻、开关和集成电路等，具体信息可参考文档中的表格。

总结

EVAL - 1ED3121Mx12H评估板为工程师提供了一个了解和验证英飞凌EiceDRIVER Compact栅极驱动IC性能的有效平台。通过详细了解其电气特性、启动步骤、过流保护和连接器引脚分配等方面，工程师可以更好地将其应用到实际设计中。不过在使用过程中，一定要注意其适用环境和相关注意事项。大家在实际使用这款评估板时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。