norths

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【罗姆SiC MOSFET评估板】综合分析和评测

2021-10-28 15:27:09 显示全部楼层
本帖最后由 norths 于 2021-10-28 16:20 编辑

1. 罗姆SiC MOSFET评估板简介
1.1 罗姆SiC MOSFET评估板"P02SCT3040KR-EVK-001"收到很长时间了,但是经过使用,这个开发板确实是比较复杂的,配套的电路经过认真的校调,不惜工本。只是为了提供一个优秀的器件评估,电路评测平台。
针对SiC的产品最近出了很多,而且也从代理处申请到了英飞凌专门提供的图腾柱双向变换开发板。经过对比,更了解了这款评估板,也发现更多需要学习和评测的内容。
1.2 最初的认识就是一个完整的开发板,可以直接完成直流升降压变换等功能,但实际上真正的亮点是这个评估板提供了众多保护,外部控制,功能,而仅仅提供了一个纯的半桥回路,周边需要配套设计外围电路才能实现所述的直流变换功能。这样,其实给开发者提供了更多的灵活性和自主性,更适合作为一个原型开发,降低了开发的难度,减少了开发周期。其他全功能开发板,更多是一个展示板,展现用这样的元件和控制逻辑,可以实现的最优设计,参数指标很好,但是,几乎不能去在这个板子上再调整电路,优化元件了。
下图是功能图,其中方框中的功能都有比较精彩的设计,值得深入学习。
1.JPG
2. 安装SiC功率元件和外围准备
   罗姆第三代SiC MOSFET功率元器件为沟槽式结构,板载的电阻和配置是适合SCT3040KR(1200V 40mΩ TO-247-4L)评估用的四引脚,相比3引脚的性能更优越,这个也是推荐使用的意思。具体原因NXP等官网上有详细的分析和介绍。同时推出的三引脚产品更适合低成本精简设计的产品。
1655082997.jpg

引脚焊接前还是要先折好,最后不要从根部弯折,这样会对内部的封装连接形成应力,运行时间长会有影响。图片上测试没有安装散热片,散热片在200W以上基本不推荐用自然散热了,风扇强制散热可以减少很大的散热片面积。

3. 双脉冲测试
3.1 电路图和连接
双脉冲测试的回路刚开始还没有看很懂,分析完后才理解这个是基本测试,主要是测试驱动控制脉冲是否能够比较理想形成高压侧的响应脉冲,以及对应的波形,最初认为需要完成的功能性任务,并不能在本测试中实现。在工作电压加PGND和HVdc端,负载是加在Vsw端,说明书中的评测负载是一个电感,实际测试,直接使用一个大功率电阻或者一个大功率高电阻,都可以完成这个测试,不过响应的波形和相位是不同的。因为波形发生器的输出响应并不清楚,选用的电感需要有足够的容量,说明书中也没有提出建议值,最初还是用电阻比较稳妥。
对应HS侧的测试连接图如下,
1.JPG
连接如下图
1128127109.jpg
中间需要选择跳线在双脉冲,即提供单一信号源,内部进行分频正负脉冲分别加在HS和LS侧,单一脉冲则自主提供高低桥的独立脉冲,这个模式比较适合测试。
964227314.jpg
使用的脉冲源采用一个独立的开发板,自定义控制的PWM波形和调整占空比
910298805.jpg 不过,明显波形有毛刺,需要做一个输出滤波回路。
digital2.gif
另外板子上预留了很多测点,非常方便示波器连接和监测。
824059314.jpg
824059314.jpg

3.2 按照手册中的要求依次上电
① 将 JP1 设置为“Dual/DP”端。
② 将 ENABLE 信号直接连接至 SGND。
③ 按“+12V→HVdc”的顺序接通电源。
④ 通过脉冲发生器输入脉冲信号。
然后就可以从高压侧输出对应波形了,
905136749.jpg
对应的波形并没有形成很好的一致性,这个是因为采用的负载是简单电阻的原因。在使用电路的连接中,可以实现对应的功能。

3.3 根据手册的接线重复了LS侧的连接和测试,和上一个测试类似,是信号源接入LS测,连接类似
1.JPG
测试的效果也比较类似。

3.4 其他的电路和测试方法简述
在使用说明中,重点提到了可以实现的Boost升压,Buck降压,以及逆变回路。从电路连接都是在上述双脉冲测试回路上适当选择阻容回路,使用恰当的控制逻辑来实现的,具体操作的步骤和方法都比较详细,更多是电源设计的技术了。
这次双脉冲的评测中,因为希望采用更灵活的控制,所以自己写了个信号驱动程序,目前看回路设计还有些问题,只能实现基本功能,需要从代码和电路上再优化一下。不过,这个也说明了,这个评估板提供了更多的试错机会。而且所用的芯片最高耐压到1200V,可以充分运用在电动车,充电桩等多种复杂系统中,因此这个评估板能非常好的进行测试和开发,值得使用。比如用下面的大功率电阻做实验。
234128985.jpg
最近参观了一个专业的电源厂家,还推荐了这个开发板,希望能更多发掘应用。具体到这个评估板应该对功耗,死区时间和波形效率等进行更详细的评测,那么还是最好结合设计完成。
4. 开发板几个亮点的分析和小结
4.1 丰富的显示指示功能
通常LED显示只是提示是否供电,以及是否数据在传输,这个板子有更多的信号,如OCP这样的过流信号,使用起来非常方便
4.2 可调的过流保护
过流保护是对芯片非常好的保护,但是评估板的过流保护可以设定保护值的,这里是通过转换电阻的组合和调整实现的。反复测试中,电路设计不当形成过流是比较常见的,这个功能是非常贴心的实用技能。所以,在每个功能测试中,都有一个OCP设定的环节,就是要启动过流保护。
4.3 可调的栅极电阻和死区时间的设置
如下图,有一个电阻组合来实现灵活的调整,换句话,也就是比较复杂的。
1.JPG
死区时间也是用设置可调电阻完成,
1.JPG
4.4 多样方便的测量
上面已经提到,板子上引出许多可用的测点,而且还预留了实用光电电流监测探头无损测电流的预留孔,可惜还没有这个探头,因为实用的机会并不多,看来还是可以备一个,毕竟这样测量会更准确和方便。
4.5 其他的测评
综合来说,这个开发板是一个实用的开发板。简单的评测,发现更多可以自行设计的实验测试项目,而且可以在产品中直接用,如果有两个板子,可以构成全桥变换回路,实现更多的测试实验。


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