簡(jiǎn)述SiC MOSFET短路保護(hù)時(shí)間
在本設(shè)計(jì)解決方案中,我們回顧了在工廠環(huán)境中運(yùn)行的執(zhí)行器中使用的高邊開(kāi)關(guān)電路的一些具有挑戰(zhàn)性的工作條件和常見(jiàn)故障機(jī)制。我們提出了一種控制器IC,該IC集成了各種安全功能,以監(jiān)控電路運(yùn)行,并在發(fā)生這些情況時(shí)采取適當(dāng)措施防止損壞。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202212/442013.htmIGBT和MOSFET有一定的短路承受能力,也就是說(shuō),在一定的短路耐受時(shí)間(short circuit withstand time SCWT),只要器件短路時(shí)間不超過(guò)這個(gè)SCWT,器件基本上是安全的(超大電流導(dǎo)致的寄生晶閘管開(kāi)通latch up除外,本篇不討論)。
比如英飛凌這個(gè)820A的模塊,在5-6倍短路電流常溫條件下,即使期間短路,只要在6us內(nèi)關(guān)斷,芯片就不會(huì)損壞。那么對(duì)于驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō),越早啟動(dòng)檢測(cè),越早把器件關(guān)掉,就越安全。
那么,驅(qū)動(dòng)是怎么知道器件短路了呢?有很多方法,比如檢測(cè)漏級(jí)電流,檢查壓降等等,一般來(lái)說(shuō),用得比較普遍的是退飽和電壓檢測(cè),短路狀態(tài)是非正常的工作狀態(tài),器件此時(shí)已經(jīng)退出了飽和區(qū),這時(shí)器件的漏源兩端的壓降會(huì)異常的高(母線電壓數(shù)百伏的話器件兩端的壓降通常都到了幾十伏以上),直接檢測(cè)電壓就好了。
如上圖,如果器件正常導(dǎo)通,那么Vds通常只有0-5V(以比亞迪SiC模塊的情況舉例840A電流最高溫度下導(dǎo)通阻抗4.7mΩ,壓降3.948V),如果Vds超過(guò)這個(gè)值很多,無(wú)疑說(shuō)明器件沒(méi)有工作在正常工作區(qū),很有可能電流已經(jīng)超出額定電流。
那么驅(qū)動(dòng)是如何檢測(cè)Vds的呢?
這張圖展示了desat保護(hù)電路的原理,當(dāng)MOSFET1(M1)正常工作時(shí),其漏源兩端電壓Vds很低,對(duì)于二極管Ddesat而言,左邊低右邊高(右邊有個(gè)電流源),于是Ddesat導(dǎo)通,因此采樣電容Cbl(也叫消影電容)上端電位約等于M1漏級(jí)電位,Cbl兩端約等于功率器件漏源極兩端電壓,如果過(guò)流或者短路發(fā)生,器件M1漏源極電壓Vds也相應(yīng)抬升,二極管Ddesat左邊電位升高,于是Ddesat被阻斷,此時(shí)電流流入Cbl,也就是開(kāi)始給采樣電容Cbl充電,Cbl兩端電壓開(kāi)始線性上升,我們看到Cbl同時(shí)也接到了一個(gè)比較器,比較器設(shè)置了一個(gè)參考電壓Vdesat-th(也叫desat閾值電壓,一般可設(shè)為7V左右),如果Cbl兩端電壓超過(guò)這個(gè)參考電壓,比較器翻轉(zhuǎn),輸出故障信號(hào),觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉輸出,即把柵極Vgs降下來(lái),器件開(kāi)始關(guān)斷。這個(gè)過(guò)程就是短路保護(hù)的原理。
從這個(gè)過(guò)程可以看出,這個(gè)觸發(fā)短路保護(hù)的關(guān)鍵因素就是Cbl的充電,那么這段時(shí)間可以計(jì)算出來(lái)(高中物理知識(shí))
V=1/C*Q=1/C*I*t
即Vdesat-th=1/Cbl*Ich*t,即參考電壓=1/采樣電容值×電流源電流×充電時(shí)間(也叫消影時(shí)間),那么得出消影時(shí)間Tblk(Blanking Time),如下圖:
其實(shí)在電容充電之前,還有一段時(shí)間,也就是器件開(kāi)通了但是DESAT腳電壓沒(méi)有變化的那一段,這段很奇怪,明明器件已經(jīng)開(kāi)通一段時(shí)間了,照理說(shuō)Vds也應(yīng)該抬升了,DESAT腳電壓應(yīng)該開(kāi)始上升才對(duì),其實(shí)這段時(shí)間我們管它叫前沿消影時(shí)間Leading Edge Blanking time(是指目標(biāo)采樣信號(hào)剛開(kāi)始可能會(huì)有一個(gè)尖峰,而我們并不希望采集它,于是可以設(shè)置一個(gè)前沿消隱時(shí)間把它忽略掉)如下圖:
(來(lái)源:技術(shù)田地)
評(píng)論