探索 EVAL - IHW25N140R5L：2kW 感應加熱評估板的深度剖析

在電子工程師的日常工作中，評估板是我們探索新技術、驗證設計理念的重要工具。今天，我們就來深入了解一下 Infineon 的 EVAL - IHW25N140R5L 2kW 感應加熱評估板，看看它有哪些獨特之處，以及如何在實際應用中發揮作用。

文件下載：Infineon Technologies EVAL-IHW25N140R5L評估板.pdf

評估板概述

EVAL - IHW25N140R5L 是一款專為感應加熱和共振開關應用設計的準諧振板，它采用了全新的 1400V 反向導通 R5L IGBT，搭配 Infineon EiceDRIVER? 1ED4417xx 系列的柵極驅動 IC。這款評估板適用于想要學習如何將英飛凌反向導通 IGBT 與 EiceDRIVER? 結合使用的工程師，以及設計含英飛凌 EiceDRIVER? 和/或 RC IGBT 電路、開發電力電子設備的設計工程師。

不過，需要注意的是，該評估板的 PCB 和輔助電路并非針對最終客戶設計進行優化，它僅用于設計過程中的評估和測量特性曲線，以及檢查數據手冊規格。

評估板基本信息

范圍和目的

此評估板旨在展示 1400V 反向導通 R5L IGBT 在感應加熱和共振開關應用中的性能，同時結合英飛凌的 EiceDRIVER? 柵極驅動 IC，為工程師提供一個完整的解決方案。

目標受眾

• 希望學習如何將英飛凌反向導通 IGBT 與 EiceDRIVER? 1ED4417xx 系列結合使用的工程師。
• 設計含英飛凌 EiceDRIVER? 和/或 RC IGBT 電路、開發電力電子設備的設計工程師。

評估板用途

在設計過程中用于評估和測量特性曲線，檢查數據手冊規格。

重要注意事項

評估板并非商業化產品，僅用于評估和測試目的，不適合用于可靠性測試或生產。它可能不符合 CE 或類似標準，客戶需確保其使用方式符合相關要求和標準。

安全注意事項

在使用評估板時，安全是至關重要的。以下是一些需要特別注意的安全事項：

1. 高壓風險：該板的直流母線電位高達 1000VDC，使用示波器測量電壓波形時，必須使用高壓差分探頭，否則可能導致人身傷害或死亡。
2. 電容放電：評估板包含直流母線電容器，主電源移除后需要時間放電。在對驅動系統進行操作前，需等待五分鐘，確保電容器放電至安全電壓水平，否則可能導致人身傷害或死亡。
3. 熱管理：評估板的散熱器和設備表面在測試過程中可能會變熱，處理時需采取必要的預防措施，以免造成傷害。
4. 靜電防護：評估板包含對靜電放電敏感的部件和組件，安裝、測試、維修時需采取靜電控制措施，否則可能導致組件損壞。

評估板詳細介紹

整體概況

EVAL - IHW25N140R5L 感應加熱板模擬了典型的感應烹飪系統，采用 25A、1400V 反向導通 R5L IGBT，由 1ED4417xx 柵極驅動器驅動。板載微控制器可實現快速原型設計，并能自動調整工作條件。該板適用于測試基于準諧振拓撲的系統中的功率半導體操作，已在輸入電壓 220V、輸出功率高達 2kW 的條件下進行測試。

供應范圍

評估板包含兩塊印刷電路板，主電路板包含逆變器電路的所有電力電子部件，另一塊是用戶界面板，可控制和改變逆變器的工作條件。此外，還配備一個諧振線圈，用戶可連接不同線圈測試不同負載變體。

交付內容

框圖

評估板的框圖展示了其主要構建模塊，包括電源輸入、控制電路、IGBT 驅動、諧振負載等部分，為我們理解其工作原理提供了清晰的框架。

主要特點

• 準諧振拓撲：實現高效的能量轉換。
• 2kW 輸出功率：滿足大多數感應加熱應用的需求。
• 9 級功率控制：可根據實際需求靈活調整功率輸出。
• 多重保護功能：包括過壓保護、欠壓保護、過流保護、過溫保護等，確保系統的穩定性和可靠性。
• 99 分鐘定時器功能：方便用戶設置加熱時間。
• 隔離用戶界面：提高操作的安全性。

系統和功能描述

啟動設置

要對評估板進行評估，需按以下步驟進行設置：

1. 將用戶界面板連接到 CN1。
2. 將風扇連接到 2 針連接器 CN2。
3. 將鍋具溫度傳感器連接到 3 針連接器 CN3。
4. 將諧振線圈連接到 P3 和 P4 螺絲端子。
5. 將交流電源連接到相應的 AC - L 和 AC - N 端子。

在通電前，務必確保所有電氣連接正確，且評估活動應由經驗豐富的人員進行。

推薦關機程序

在正常運行且無電氣故障的情況下，建議按下功能按鈕停止評估板，這樣可使功率傳輸停止，但板的輔助部分仍保持活動，風扇繼續為 IGBT 和整流器降溫。而按下電源按鈕或關閉交流電源會中斷整個電源供應，散熱器可能會因高溫而損壞。

功能模塊和控制說明

評估板的功能模塊包括電源輸入、控制電路、IGBT 驅動、諧振負載等部分。用戶界面板提供了各種控制按鈕，如電源按鈕、功能按鈕、上下按鈕、定時器按鈕、電壓按鈕等，可實現功率控制、時間設置、電壓顯示等功能。

基本操作示例

1. 按下電源按鈕，7 段顯示屏上會閃爍兩個短劃線“ - - ”，表示感應板的所有輔助部件已開啟，但此時電感功率傳輸尚未開始。
2. 按下功能按鈕，以最高功率水平 P9（相當于 2kW 輸出）開始功率傳輸。
3. 使用上下按鈕在 P1 至 P9 的范圍內調整輸出功率水平，每個功率水平相差 200W。
4. 按下定時器按鈕設置感應板自動停止運行的時間，此時底部的 LED 會亮起，在定時器模式下，可使用上下按鈕設置時間。
5. 按下電壓按鈕，7 段顯示屏將顯示電壓水平。

系統設計

原理圖

評估板的完整原理圖以 PDF 格式提供，可在評估板網頁的設計支持部分下載，但需要登錄憑證。

布局

物料清單

連接器細節

系統性能

測試點

評估板的 IGBT 三個端子均有暴露的測試點，方便進行電壓測量。測量 IGBT 波形時，建議使用衰減倍數為 100x 或更高的高壓探頭測量集電極 - 發射極電壓，使用低壓探頭測量柵極信號。功率開關的電流可使用羅氏線圈測量，需將其環繞在功率開關的集電極引腳上。

在測量時，為避免損壞測量設備，所有測量信號必須具有相同的參考點，否則應使用差分探頭。同時，建議使用隔離交流電源，若直接從電網供電，示波器需通過隔離變壓器進行隔離。

此外，還可觀察評估板的熱性能，通過測量 IGBT 溫度來評估功率開關的性能或調整最終感應加熱系統的冷卻系統。

測試結果

負載檢測

在逆變器運行開始時，會通過諧振線圈施加一個短脈沖，以檢測是否有炊具放置在上面。若處于空載狀態，逆變器將保持關閉。

軟開關和硬開關

該諧振逆變器的典型運行方式是軟開關換相，可減少功率開關的損耗，提高效率。但在某些情況下，如在低功率水平或負載等效電阻較高時，可能會出現硬開關操作，導致 IGBT 電容瞬間放電，產生高電流。為避免長時間硬開關操作，逆變器采用了突發模式操作，在低輸出功率水平下以較高功率但間歇性的方式運行。

熱測試結果

熱測試結果表明，IGBT 的溫度隨輸出功率的增加而降低，在低功率水平下，硬開關事件會導致損耗增加。

附錄

諧振負載細節

附錄中提供了諧振負載的電氣特性參數，包括有無容器時的參數，可根據用戶的具體條件進行參考。使用其他線圈或鍋具時，需測量其個體特性。為避免因硬開關事件增加而導致的過度損耗，炊具應放置在距離線圈 5 至 10mm 的位置，可通過在線圈上放置導熱墊來實現。同時，為安全起見，建議在線圈和炊具之間使用云母片。

參考文獻

文檔中還提供了相關的參考文獻，方便讀者進一步了解相關技術和產品信息。

總結

EVAL - IHW25N140R5L 2kW 感應加熱評估板為工程師提供了一個全面的平臺，用于評估和測試反向導通 R5L IGBT 在感應加熱應用中的性能。它具有豐富的功能和保護特性，可幫助工程師快速實現原型設計和驗證。但在使用過程中，務必嚴格遵守安全注意事項，確保操作的安全性。同時，對于評估板的性能和應用，還需要根據實際需求進行進一步的測試和優化。

你在實際應用中是否遇到過類似的評估板？你對它的性能和使用體驗有什么看法？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。