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原创 免费试用·罗姆评估板

罗姆P02SCT3040KR-EVK-001评估板开箱

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gyg12321
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LV6
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  • 2020-8-25 11:15:47
5.jpg
                做个封面图
       有幸能够申请到P02SCT3040KR-EVK-001评估板,非常感谢罗姆和21世纪电源网提供的机会。很快收到快递便迫不及待开箱撕快递。
1.jpg    2.jpg
    很精致、周到的外包装,盒内有多片海绵保护评估板避免暴力快递
    同时附带四片SiC MOSFET:SCT3040KL和SCT3040KR,其封装分别是TO-247-3L和TO-247-4L。
3.jpg    4.jpg
                         板子正面                                      板子背面
       评估板采用四层PCB设计,很厚实,从正反面可以看到规整的内层或地层分割。还带有高压警示区域,大电流处开窗补锡散热通孔散热。
图片1.png
                    第二层
       此外,围绕这块评估板搜集了一些很有价值的资料,在这发出来和大家一起学习。

SiC功率器件_模块使用手册.pdf

1.55 MB, 下载次数: 11, 下载积分: 财富 -2

SiC MOSFET缓冲电路的设计方法.pdf

1.06 MB, 下载次数: 15, 下载积分: 财富 -2

SiC MOSFET栅极-源极电压的浪涌抑制方法.pdf

1.27 MB, 下载次数: 10, 下载积分: 财富 -2

开关电路的功率损失计算.pdf

583.17 KB, 下载次数: 10, 下载积分: 财富 -2

开关波形的监测方法.pdf

974.57 KB, 下载次数: 12, 下载积分: 财富 -2

桥式电路相关的 Gate-Source 电圧的动作.pdf

878.98 KB, 下载次数: 7, 下载积分: 财富 -2

通过驱动源极端子改善开关损耗.pdf

1.84 MB, 下载次数: 9, 下载积分: 财富 -2

栅源电压测定时的注意点.pdf

3.11 MB, 下载次数: 10, 下载积分: 财富 -2

admin
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  • 2020-8-25 15:47:47
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感谢分享相关资料
gyg12321
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LV6
高级工程师
  • 2020-8-26 09:18:41
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6.jpg
   目前多数EV/HEV电驱动系统所用的是IGBT逆变器或者SiMOS,受限于开关频率和开关、导通损耗,
不能实现更高效率,且在同步调制算法下,载波比较小,逆变输出波形谐波含量较大,电机输出转矩受影响而波动,
从而影响乘车体验和经济效能。当前优化目标之一便是利用较高耐压的Sic Mosfet进行升级替代,
有利于实现较宽范围的同步调制,降低开关损耗、导通损耗从而提高效率,减小电容电感等器件体积实现更高的功率密度。
故此申请了该评估板学习了解SiC器件驱动与传统驱动的不同和性能优势。
7.jpg
    电驱动系统中车用永磁电机控制器需要开关器件具有较高耐压和通流能力,采用3个桥臂组成逆变器。
该评估板提供了一个桥臂的驱动,不能直接组成3相逆变进行SVPWM等测试,受限于此计划进行SiC开关管的
一些关键信号波形测试,对比Cree的一款碳化硅管以及不同封装的开关管进行测试导通/关断时间、驱动信号注入波形等。

gyg12321
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LV6
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  • 2020-8-31 10:21:44
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图片2.png
截图糊啦啊啊啊,在规格书里也有。
    评估板包括反激式QR开关电源部分,隔离驱动部分,控制部分,保护部分。反激电源提供驱动IC所需的正负电压对MOS进行拉灌电流,
使开关管快速开通和关断,其电压可根据SiCSi MOS配置(正压可配置范围10.35V20.56V,负压可配置范围0V-4.3V)。
驱动部分可通过驱动电阻和快恢复二极管单独配置通断速度,此外缓冲电路内的电阻仅消耗超过高压输入电压的浪涌量,
因此采用的非放电型缓冲电路是最适合高频开关电路的电路方式,其参数设计可参考附件的《SiC MOSFET缓冲电路的设计方法》。
控制部分对输入的PWM信号进行硬件死区生成,防止上下桥臂直通。保护部分包括可配置偏压的OCP检测电路、过压检测、
驱动电压检测等,且设置了相应的故障指示报警灯以及复位按键,极大的方便了用户调试。
    传统MOSFET的封装多为TO-2473L型,对于SiC这种适用于更高频的应用的采用了开尔文接法4L型,通过使连接栅极驱动电路
返回线的源极电压引脚与流过大电流的电源源极引脚独立,来消除ID对栅极驱动电路的影响。据说这个设计使开关损耗降低了35%左右。
2020-08-25_155346.png
    从上图中可以一目了然地看出,包括VG在内的驱动电路中不包含LSOURCE,因此完全不受开关工作时的ID变化带来的
VLSOURCE的影响,由此高速开关带来了损耗改善。
图片1.png
    导通时,3L型封装在驱动电压VG包含了VLSOURCE,使MOSFET的导通动作所需的电压VGS_INT减少,最终导致导通速度下降。
关断时也是同样的原理,由于式中的dID/dt为负,使VLSOURCE上升,从而VSG_INT增加导致关断速度下降。
    虽然4L3L型相比改变了驱动电路路径,使开关速度加快并降低了开关损耗。然而由于这个原因Turn On电压尖峰和Turn Off
电压尖峰变得更大。除了非放电缓冲电路的设计,附件《SiC MOSFET栅极-源极电压的浪涌抑制方法》中详细分析了驱动端浪涌
抑制措施以及实验效果,在此不再赘述,文档超级详细。
2020-08-25_151318.png
    通过对该评估板设计的学习,其每个部分都可以作为学习的模板,从PCB布局布线、反激式开关电源、
到多种驱动钳位浪涌保护设计、非放电式吸收电路等各方面都可以从中学习到很多实用的设计经验,很方便的即可用于自己的项目设计中。

gyg12321
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LV6
高级工程师
  • 2020-9-11 17:08:16
  • 倒数4
 
2020-09-11_175004.png           2020-09-11_175047.png
接入12V控制电源,三个绿色指示灯亮起,表示栅极驱动用隔离反激电源输出正常。
微信图片_20200911163742.jpg       微信图片_20200911164311.jpg
                                                      图. 正负驱动电压调整
SiC‐MOSFET的Vgs额定范围为‐6~+22V。推荐的驱动条件是Vgs(on) = 18V、Vgs(off) = 0V或者负偏压使用情况下的
‐3V~‐5V。Vgs(on)Vgs(off)越大,门极的充放电越快,EonEoff 越小。反激电源正电压通过可变电阻RV51
RV151。可调整LDO的输出电压,顺时针旋转可变电阻至输出电压到18V,负压通过跳线冒JP15JP151设置为-2V
(实测-1.94V正好手上有Cree公司的一款SiC MOSFET,C3M0120090。虽然电压等级不同,但也可以用来对比
开通关断时间性能。
2020-09-11_165342.png       微信图片_20200911165219.png
admin
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管理员
  • 2020-9-14 13:19:27
  • 倒数3
 
可以分享具体的测试环节了
gyg12321
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  • 2020-9-16 19:39:16
  • 倒数2
 
焊接上下管.jpg
   图. 焊接3L封装上(ROHM)(CREE)两管
    在评估板焊接R77和R177两个0欧电阻,测试3L封装MOS,上桥臂安装SCT3040KL,下桥臂安装C3M0120090。
拿一块F28335的板子产生PWM(5V)信号,采用100kHz,50%占空比进行对比测试两个厂家的芯片的上升时间
和下降时间等参数。对于该评估板驱动部分上下管设置相同,驱动电阻阻值相等,PCB布线到GS端距离基于相等,
忽略布线寄生的电感和电容,在一定程度上二者工作条件基本一致可以进行对比。
试验照片.jpg
    首先进行HS 端双脉冲测试试验对罗姆MOS进行测试,将 JP1 设置为“Dual/DP”端,HS_ALOW
(CN201 7pin)+5VccCN201 8pin)连接,将ENABLE信号直接连接至SGND,按+12VHVdc的顺序接通电源。
HS_LS_FAULT.jpg
  刚上电后HS_FAULT/LS_FAULT红灯报警,且按下HS/LS_FAULT复位按键无效,查找原因为此时设置负压-2V驱动,DESAT电路工作,会启动短路保护功能。要变更为负偏置电压时,需要重新调整该电平转换电路,可通过可变电阻RV301来调整OCP启动点,拆除电阻R361即可工作,如果偏置电压改变,则需要通过R353 重新调节OCP的调整范围。
此处我们先降上下管的负压偏置均设置为0进行测试,则只需调整HS VEE Select和LS VEE Select到右侧位置0即可。
2020-08-25_143417.png
上管PWM.jpg 上管tr.jpg 上管tf.jpg
                     图. 上管PWM                                                      图. 上管tr                                                            图. 上管tf
+18/0V、Rg=3.3Ω、100kHz测试条件下,发现罗姆SiC的上升时间为92ns(此处为测试方便未取10%-90%区间),下降时间为88ns。
    为进行对比,进行LS 端双脉冲测试试验对科锐MOS进行测试,将 JP1 设置为“Dual/DP”端,LS_ALOW
(CN201 9pin)与+5Vcc(CN201 8pin)连接,将ENABLE信号直接连接至SGND,按+12V→HVdc的顺序接通电源。
下管PWM.jpg 下管tr.jpg 下管tf.jpg
                     图. 下管PWM                                                      图. 下管tr                                                            图. 下管tf
+18/0V、Rg=3.3Ω、100kHz测试条件下,发现科锐SiC的上升时间为22ns(此处为测试方便未取10%-90%区间),下降时间为26ns,均低于罗姆上升下降时间。
2020-09-16_153136.png     罗姆电荷.png
                                                           罗姆SCT3040KL寄生参数
2020-09-16_153218.png    科锐输入电容.png   
                                                           科锐C3M0120090寄生参数
根据以上参数可以看出,相对于该款科锐开关管,罗姆MOS的输入输出电容、GS/GD等寄生电荷更大,需要注入更大的电流才能驱动其导通,关断时需要释放更多电荷才能关断,导致其上升时间下降时间较长。由于两只管子的所对应的功率应用等级不同可能参数差异性较大,但不可否认的是其在测试工况条件差异不大的情况下规格书所示的寄生电荷还是对上升下降时间有影响的。查阅一款Cree 1200V电压等级63A的碳化硅管C3M0032120D,其寄生参数如下:
C3M0032120D电荷.png   
相比该款开关管,罗姆在GS寄生电荷、总电荷均有优势,但由于手上没有相应的管子不能实际测试差异。
gyg12321
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高级工程师
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  • 2020-9-25 16:17:27
  • 倒数1
 
测试总结:
1、评估板配置丰富,驱动通断速度单独配置、驱动电压配置、浪涌钳位、非放电吸收电路、OCP等等;任何一个功能部分都可以作为参考设计,配套的设计文档有完善的计算流程和讲解,非常适合相关人员深入学习;
2、这款SiC和相同电压等级的Cree参数在几个关键参数上均有优势,gd电荷较大,推测其通断速度应略有优势,米勒平台时延稍长;暂未有该Cree进行详尽对比测试;
3、该款罗姆SiC MOS能够在500kHz高频时快速通断,能够显著提高SVPWM载波比从而优化谐波含量,降低电机输出转矩波动;
4、后期针对具体需求,结合设备具体情况继续进行其他测试,更多地了解SiC材料的MOSFET性能和应用优势。
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