简述SiC MOSFET短路保护时间

日期:2022-11-28 阅读:372
核心提示:IGBT和MOSFET有一定的短路承受能力,也就是说,在一定的短路耐受时间(short circuit withstand time SCWT),只要器件短路时间

 IGBT和MOSFET有一定的短路承受能力,也就是说,在一定的短路耐受时间(short circuit withstand time SCWT),只要器件短路时间不超过这个SCWT,器件基本上是安全的(超大电流导致的寄生晶闸管开通latch up除外,本篇不讨论)。

 

 

比如英飞凌这个820A的模块,在5-6倍短路电流常温条件下,即使期间短路,只要在6us内关断,芯片就不会损坏。那么对于驱动来说,越早启动检测,越早把器件关掉,就越安全。

那么,驱动是怎么知道器件短路了呢?有很多方法,比如检测漏级电流,检查压降等等,一般来说,用得比较普遍的是退饱和电压检测,短路状态是非正常的工作状态,器件此时已经退出了饱和区,这时器件的漏源两端的压降会异常的高(母线电压数百伏的话器件两端的压降通常都到了几十伏以上),直接检测电压就好了。

 

 

如上图,如果器件正常导通,那么Vds通常只有0-5V(以比亚迪SiC模块的情况举例840A电流最高温度下导通阻抗4.7mΩ,压降3.948V),如果Vds超过这个值很多,无疑说明器件没有工作在正常工作区,很有可能电流已经超出额定电流。

那么驱动是如何检测Vds的呢?

 

 

这张图展示了desat保护电路的原理,当MOSFET1(M1)正常工作时,其漏源两端电压Vds很低,对于二极管Ddesat而言,左边低右边高(右边有个电流源),于是Ddesat导通,因此采样电容Cbl(也叫消影电容)上端电位约等于M1漏级电位,Cbl两端约等于功率器件漏源极两端电压,如果过流或者短路发生,器件M1漏源极电压Vds也相应抬升,二极管Ddesat左边电位升高,于是Ddesat被阻断,此时电流流入Cbl,也就是开始给采样电容Cbl充电,Cbl两端电压开始线性上升,我们看到Cbl同时也接到了一个比较器,比较器设置了一个参考电压Vdesat-th(也叫desat阈值电压,一般可设为7V左右),如果Cbl两端电压超过这个参考电压,比较器翻转,输出故障信号,触发驱动器关闭输出,即把栅极Vgs降下来,器件开始关断。这个过程就是短路保护的原理。

从这个过程可以看出,这个触发短路保护的关键因素就是Cbl的充电,那么这段时间可以计算出来(高中物理知识)

V=1/C*Q=1/C*I*t

即Vdesat-th=1/Cbl*Ich*t,即参考电压=1/采样电容值×电流源电流×充电时间(也叫消影时间),那么得出消影时间Tblk(Blanking Time),如下图:

 

 

其实在电容充电之前,还有一段时间,也就是器件开通了但是DESAT脚电压没有变化的那一段,这段很奇怪,明明器件已经开通一段时间了,照理说Vds也应该抬升了,DESAT脚电压应该开始上升才对,其实这段时间我们管它叫前沿消影时间Leading Edge Blanking time(是指目标采样信号刚开始可能会有一个尖峰,而我们并不希望采集它,于是可以设置一个前沿消隐时间把它忽略掉)如下图:

 

(来源:技术田地)

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