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【親測ROHM評估板 】羅姆碳化硅評估板P02SCT3040KR-EVK-001試用

非常感謝電源網和羅姆能夠提供機會,前幾天就收到板子了,已經陸續開始上手測試,這里趁著周末,先發個開箱。

京東送來了大箱子,一看就包裝的很嚴實:

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外包裝很精致,同時贈送了4種型號的碳化硅(SiC)MOSFET,每種2只:

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包裝盒里還有一層厚海綿,有效保護評估板。另外尺子是我自己的,方便作為尺寸參考。

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評估板使用了4層PCB,很厚實,正面:

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背面:

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開箱圖到此結束,接線來總結一下基本信息。贈送的4種SiC的信息總結如下:

型號 導通電阻 電壓 電流25°C 電流100°C SCT3030ALGC11 30 mΩ 650V 70A 49A SCT3040KLGC11 40 mΩ 1200V 55A 39A SCT3060ALGC11 60 mΩ 650V 39A 27A SCT3080KLGC11 80 mΩ 1200V 31A 22A

該評估板可以用于測試TO247-3TO247-4封裝的器件。本次送測的器件全部是TO247-3封裝,我手邊也只有TO247-3封裝的器件,不能嘗試最新的TO247-4有些遺憾。幾款器件推薦的驅動電壓范圍為0~+18V,另外這幾款器件都是標準級器件,如果想將SiC用在電動車中,羅姆公司也提供相應的車規級器件,也即符合AEC-Q101標準的器件。有興趣的工程師可以去羅姆官網搜索。 

根據用戶手冊,可以獲得這款評估板的基本信息,具體總結如下:

評估板直流高壓輸入最大支持1200V。

評估板的輔電供電電壓范圍是5V-20V,推薦值12V。供電后評估板會向外輸出5V的輔電,最大電流20mA

PWM邏輯信號的高電平要求在3.5V-5.1V之間,也就是需要5V的邏輯電平輸入。

(手邊沒有合適的信號發生器,手里的開發板是15V電源+3.3VPWM輸出,所以準備為這次測試畫個轉接小板,加一個電平轉換。)

 

MOSFET的驅動電壓由板上的隔離反激電源提供,正驅動電壓可以通過可變電阻調整,范圍為10.35V-20.56V,實際由于其他器件的限制,可以認為實際調整范圍在12V-20V之間。

負驅動電壓可以通過跳帽在0V-2V之間選擇。如果需要設置為其他電壓,則需要自行焊接齊納二極管,支持的范圍是0V~-4V。如果負壓也設計成用可調電阻調整就好了……

上下管的開通關斷電阻均可以獨立任意調整,更換1206封裝的貼片電阻即可。

評估板內部集成可調死區功能,最小可設置為270nS

全部回復(8)
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2019-08-05 11:29
坐等補充
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2019-08-23 13:20

板子基本測完了,昨天聽說有些朋友的板子可能有故障,只有輸入沒有輸出,今天趕緊更新一下評估板配置部分,供大家參考。

一開始上電的時候我也遇到了一些問題,不過只要根據用戶手冊的說明,基本都能搞好,用戶手冊的內容很詳細!

下圖是連接控制電時的照片,左側是我自行制作的轉接板,把握常用的DSP開發板的信號轉接過來,提供15V輔電和5V的PWM驅動信號。

下方的LS_FAULT紅色指示燈亮,說明低側驅動故障,根據手冊,常見原因包括低側柵源極短路,柵極驅動電源UVLO,驅動信號與輸入邏輯信號不匹配,10微秒以上脈寬及30A以上電流。 

因此需要逐步調整。首先調整驅動電壓,如下圖所示,調整電位器可以調整MOSFET驅動的正電壓。正壓出廠默認在18V左右,可以在10.35V-20.56V間調整,UVLO保護在12V左右。負壓可以通過跳帽在0V和-2V間切換,如果需要其他電壓,就需要焊接齊納二極管了。

這里根據Rohm SiC手冊的推薦值,將驅動設置在18V/0V。

考慮到需要10微秒以上寬度的PWM信號,這里根據手冊將R359更換為2.2k的電阻。

本開發板可以測試TO247-4和TO247-3封裝的器件,但是測試TO247-3封裝時需要自行補焊兩個0R電阻,分別是R77和R177

該評估板器件明明非常的人性化,基本上一個器件編號的百位加1就是對應的同功能器件,比如R77是低側的電阻,R177就是高側的。

評估板還預留了許多RF連接器接口,可以用來測量Ugs電壓等,可以在貿澤電子搜索73415-2061找到相應的連接器。樓主沒有研究過這類連接器,所以就不評測了。

接線來還需要焊接MOSFET,確保驅動芯片的輸出不懸空,避免驅動信號與輸入邏輯信號不匹配。

完成以上步驟后,本樓第一張圖的紅燈也會熄滅(可能手工按鍵),PWM波就可以正常的發出來了,如下圖所示。

板子非常的厚實,做工扎實,不過也導致更換MOSFET的時候非常困難……手冊中推薦的散熱器并沒有買到,這里隨便找了一個,然后打孔,攻絲……

明日繼續更新。

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2019-08-24 23:58

碳化硅器件的測試對測試設備提出了很高的要求,推薦使用無源探頭搭配高帶寬示波器。有興趣的朋友可以參考Fred Wang教授的《Characterization of Wide Bandgap Power Semiconductor Devices》。由于實驗室條件的限制,這里使用200MHz的示波器和差分探頭進行測試。

為了盡可能降低Ugs受到的干擾,這里使用自制的接頭焊接在管腳上,這樣就不需要使用探頭夾了,減小環路面積和信號傳輸距離。

其實這樣還是很容易受干擾……SiC器件的測試結果受設備和手法的影響很大,所以本帖的波形僅供參考。

進行雙脈沖測試,所有探頭都經過了延時補償。外接400微亨的電感,同樣受限于設備,測試電流均為20A……對于650V耐壓的管子使用400V電壓測試,對于1200V的管子使用800V電壓測試,門極電阻均為3.3R。

首先是SCT3080KL。1通道黃色為門極驅動Ugs波形;2通道綠色為漏源電壓Uds;3通道紫色為管子電流I;數學運算1為電壓乘電流,也即瞬時功率;數學運算2為運算1的積分,也就是損耗。雖然不一定準,但可以用來快速評估開關損耗。左側Zoom1是關斷波形,右側Zoom2是開通波形。圖中光標對應了數學運算2的結果,差值即為開通損耗。

下圖為SCT3060AL

下圖為SCT3040KL

下圖為SCT3030AL

最后,使用ST公司的STW21N90K5作為對比,這是一只900V 18.5A的硅管,個人認為屬于性能較好的硅管。在相同條件下進行測試,電壓400V電流20A,門極電阻3.3R,對比并不公平,結果僅供參考。可以看到開通時會產生劇烈的振蕩,這只硅管并不應該被驅動到這么快。

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2019-08-26 00:13

本評估板為半橋拓撲,功能非常豐富,可以實現高側上管雙脈沖,低側下管雙脈沖,Boost,同步整流Buck等拓撲。板子支持單路PWM脈沖輸入,邏輯元件會自動轉換為雙路脈沖,并且添加死區。死區時間可通過更換貼片電阻調整,最小可設置為270nS。

本次測試選擇同步整流Buck拓撲,借用手冊中的原理圖:

使用SCT3080KL開關管,外接1mH的高磁通鐵鎳磁芯電感,輸入電壓400V,使用100R電阻作為負載。PWM單路50%占空比輸入,開關頻率測試了兩個點,分別為100kHz,輸出電壓196V;和板子的標稱頻率500kHz,輸出電壓109V。實驗裝置如下:

使用了云母片作為SiC管與散熱器的絕緣,可能用陶瓷片散熱會更好些……本次實驗使用了100MHz特性較差的差分探頭,所以門極電壓Ugs的波形可能不太好,僅供參考。

首先驗證驅動的情況,如下圖分別為100kHz和500kHz開關頻率時的門極驅動波形,一通道黃色為下管驅動,二通道綠色為上管驅動。死區時間均使用默認配置,可以看到死區沒有問題,但死區時間稍有不同。500kHz時上下管驅動稍有不對稱。

通功率電前的器件溫度情況:

接下來開始通電測試,本次實驗相對保守,使用的電壓電流功率都比較小。100kHz時的開關情況如下,其中黃色是上管驅動Ugs,由于探頭共模抑制能力較差,所以波形不好,實際的Ugs可以參考上文的雙脈沖測試。綠色為Uds,紫色為電感電流:

運行3分鐘后發熱情況如下,器件溫度由16度上升至33度:

接下來是500kHz時的情況,探頭定義完全一致,可以看到電感電流的波動范圍很小

3分鐘溫度已經來到80度,如此高的頻率開關損耗還是比較大的。

該評估板開關頻率真的能跑到500kHz,很佩服!本次測試功率較小,自然冷卻。實際大功率高頻使用時需要配備足夠的散熱裝置。

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2019-08-26 00:44

以上就是本次測評的全部內容,感謝Rohm公司和電源網能提供這次機會!

限于時間原因,還有很多想做的測試沒有完成,如果有機會未來也會在本帖繼續更新,也歡迎大家回帖交流。

以下是總結:

1. 這是目前我見到的功能最強大的SiC器件評估板,各種保護、緩沖、邏輯控制都做的很好。可以測試多種器件,多種電路,多種驅動方案,PCB做工、用料扎實,PCB的測試點設計非常人性化,手冊內容很全面。

2. 羅姆公司的SiC器件表現出了很高的可靠性,表現出了強大的性能,相比于Si器件有很大提升,必將給整個行業帶來變革。

3. 可以考慮在評估板包裝中適當附送一些宣傳資料,可能更便于推廣SiC器件,比如Rohm的官網其實有許多技術文章,可以適當引用。

4. 可以考慮附送一些備用件,有些二極管和端子并不是很容易買到,如果能有替換的將會更加方便。

5. 最小270nS的死區時間可能對SiC器件來說還是有些大了,這可能是受到驅動芯片等電路延時的限制。

6. 器件拆裝不太方便,一般為了減小雜散電感,器件管腳必須插到底,但是這樣拆卸會比較困難。希望能提供拆卸指導或者使用其他安裝方式。

7. 本次沒有TO247-4封裝的器件是一個小小的遺憾。

最后再次感謝Rohm公司和電源網能提供這次機會!

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2019-10-14 16:17
板子做工不錯啊,零件排列整齊,字符清晰明了。學習樓主分享,學習了。
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joypan
LV.1
8
2019-10-20 16:42
@時雨晴天
本評估板為半橋拓撲,功能非常豐富,可以實現高側上管雙脈沖,低側下管雙脈沖,Boost,同步整流Buck等拓撲。板子支持單路PWM脈沖輸入,邏輯元件會自動轉換為雙路脈沖,并且添加死區。死區時間可通過更換貼片電阻調整,最小可設置為270nS。本次測試選擇同步整流Buck拓撲,借用手冊中的原理圖:[圖片]使用SCT3080KL開關管,外接1mH的高磁通鐵鎳磁芯電感,輸入電壓400V,使用100R電阻作為負載。PWM單路50%占空比輸入,開關頻率測試了兩個點,分別為100kHz,輸出電壓196V;和板子的標稱頻率500kHz,輸出電壓109V。實驗裝置如下:[圖片]使用了云母片作為SiC管與散熱器的絕緣,可能用陶瓷片散熱會更好些……本次實驗使用了100MHz特性較差的差分探頭,所以門極電壓Ugs的波形可能不太好,僅供參考。首先驗證驅動的情況,如下圖分別為100kHz和500kHz開關頻率時的門極驅動波形,一通道黃色為下管驅動,二通道綠色為上管驅動。死區時間均使用默認配置,可以看到死區沒有問題,但死區時間稍有不同。500kHz時上下管驅動稍有不對稱。[圖片][圖片]通功率電前的器件溫度情況:[圖片]接下來開始通電測試,本次實驗相對保守,使用的電壓電流功率都比較小。100kHz時的開關情況如下,其中黃色是上管驅動Ugs,由于探頭共模抑制能力較差,所以波形不好,實際的Ugs可以參考上文的雙脈沖測試。綠色為Uds,紫色為電感電流:[圖片]運行3分鐘后發熱情況如下,器件溫度由16度上升至33度:[圖片]接下來是500kHz時的情況,探頭定義完全一致,可以看到電感電流的波動范圍很小[圖片]3分鐘溫度已經來到80度,如此高的頻率開關損耗還是比較大的。[圖片]該評估板開關頻率真的能跑到500kHz,很佩服!本次測試功率較小,自然冷卻。實際大功率高頻使用時需要配備足夠的散熱裝置。
信息處理得很好,牛
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2024-01-10 22:36

有米勒鉗位?

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