ZHCAEV0 December   2024 ISO5451 , ISO5451-Q1 , ISO5452 , ISO5452-Q1 , ISO5851 , ISO5851-Q1 , ISO5852S , ISO5852S-EP , ISO5852S-Q1 , UCC21710 , UCC21710-Q1 , UCC21717-Q1 , UCC21732 , UCC21732-Q1 , UCC21736-Q1 , UCC21737-Q1 , UCC21738-Q1 , UCC21739-Q1 , UCC21750 , UCC21750-Q1 , UCC21755-Q1 , UCC21756-Q1 , UCC21759-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 引言
  5. SiC 和 IGBT 特性
  6. 失效模式
  7. 短路保护方法
    1. 4.1 基于短路电流的保护实现方案
    2. 4.2 基于短路电压的保护实现方案
  8. DESAT 电路设计
    1. 5.1 DESAT 电路元件选型
    2. 5.2 寄生元件的影响
    3. 5.3 Rlim 对 DESAT 噪声的影响
  9. 安全关断
    1. 6.1 安全关断机制
    2. 6.2 安全关断注意事项
  10. 短路测试设置和数据
    1. 7.1 短路工作台测量设置
    2. 7.2 用于数据收集的 SC 板设置
    3. 7.3 用于 SC 测试的不同电路配置
    4. 7.4 工作台测量结果
    5. 7.5 SiC 与 IGBT 电源模块短路观察的总体摘要
  11. 设计 SC 保护电路的关键注意事项
  12. 总结
  13. 10参考资料

基于短路电压的保护实现方案

基于短路电压的保护方案通常使用栅极驱动器中的 DESAT 功能来实现。OC 检测方法有时也用于基于电压的保护方案。因此,有以下两种选择:

  • 使用 DESAT 引脚检测 FET 上的 VSC 电压
  • 使用 OC 引脚检测 FET 上的 VSC 电压

选项 1:使用 DESAT 引脚检测 FET 上的 VSC 电压:

UCC21750Q1 用于 VSC 电压检测的 DESAT 电路实现图 4-4 用于 VSC 电压检测的 DESAT 电路实现

电源模块中的典型电压检测方法是使用 DESAT 节点,如图 4-4 所示。高压漏极节点通过 1 个或 2 个高压二极管和一个限流电阻器 (RLIM) 连接到 DESAT 引脚。DESAT 引脚上还连接了一个消隐电容器 (CBLK)。DESAT 节点具有一个内部电流源,该电流源在内部连接到 VDD BIAS(次级隔离式偏置)。当 INP 为高电平时,内部电流源将通过 DESAT 引脚提供 (ICHG) 电流。当 INP 为低电平时,电流源路径处于不活动状态。

在正常运行期间,电源模块上的电压较低,因此高压二极管 (DHV 1, 2) 正向偏置,电流流过二极管和电源模块。但是,在短路事件期间,电源模块上的电压较高,这会导致 DHV1, 2 反向偏置;因此,DESAT 电流路径断开。因此,ICHG 为 CBLK 电容器充电。当 DESAT 引脚上的电压超过检测阈值时,会触发 DESAT 故障并关闭栅极驱动器输出,以保护系统。关闭操作将在单独一节中讨论,因为 SC/OC 事件期间涉及高 di/dt,因此关闭操作需要特别考虑。

栅极驱动器的内部电流源通常约为 500μA 至 2mA。为了实现更快的保护,可通过使用一个电阻器将 DESAT 节点连接到 VDD/OUTH 来规划外部电流源路径。这一概念也可用于 OC 引脚。

选项 2:使用 OC 引脚检测 FET 上的 VSC 电压

UCC21750Q1 用于 VSC 电压检测的 OC 引脚电路实现图 4-5 用于 VSC 电压检测的 OC 引脚电路实现

OC 引脚通常用于检测电流,如“基于电流的保护方法”部分所述。但是,OC 引脚也可通过从 VDD/OUT 提供电流源来实现基于 VSC 的电压检测,如图 4-5 所示。与 DESAT 概念类似,在正常运行期间,VDD/OUT 充电电流路径通过电源模块,而在 OC/SC 事件期间,电流路径通过 CFLT 电容器并会触发 OC 事件。

这里使用 DESAT 或 OC 引脚说明了基于 VSC 和 ISC 的保护方法。基于 ISC 的保护方法更快,但如果使用 Rshunt,则会导致功率损耗增加,或者需要使用具有检测引脚的电源模块来实现 Rsense 方法。由于这些原因,SiC 和 IGBT 模块中都常常使用基于 DESAT 的方法。在本应用手册中,数据是基于 DESAT 和 OC 引脚的 VSC 方法收集的。