SiC MOSFET學習筆記1：短路保護時間

IGBT和MOSFET有一定的短路承受能力，也就是說，在一定的短路耐受時間（short circuit withstand time SCWT），只要器件短路時間不超過這個SCWT，器件基本上是安全的。

比如英飛凌這個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，芯片就不會損壞。那么對于驅(qū)動來說，越早啟動檢測，越早把器件關(guān)掉，就越安全。

那么，驅(qū)動是怎么知道器件短路了呢？有很多方法，比如檢測漏級電流，檢查壓降等等，一般來說，用得比較普遍的是退飽和電壓檢測，短路狀態(tài)是非正常的工作狀態(tài)，器件此時已經(jīng)退出了飽和區(qū)，這時器件的漏源兩端的壓降會異常的高（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），直接檢測電壓就好了

如上圖，如果器件正常導通，那么Vds通常只有0-5V（以比亞迪SiC模塊的情況舉例840A電流最高溫度下導通阻抗4.7mΩ，壓降3.948V），如果Vds超過這個值很多，無疑說明器件沒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)動是如何檢測Vds的呢？

這張圖展示了desat保護電路的原理，當MOSFET1（M1）正常工作時，其漏源兩端電壓Vds很低，對于二極管Ddesat而言，左邊低右邊高（右邊有個電流源），于是Ddesat導通，因此采樣電容Cbl（也叫消影電容）上端電位約等于M1漏級電位，Cbl兩端約等于功率器件漏源極兩端電壓，如果過流或者短路發(fā)生，器件M1漏源極電壓Vds也相應抬升，二極管Ddesat左邊電位升高，于是Ddesat被阻斷，此時電流流入Cbl，也就是開始給采樣電容Cbl充電，Cbl兩端電壓開始線性上升，我們看到Cbl同時也接到了一個比較器，比較器設置了一個參考電壓Vdesat-th（也叫desat閾值電壓，一般可設為7V左右），如果Cbl兩端電壓超過這個參考電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出故障信號，觸發(fā)驅(qū)動器關(guān)閉輸出，即把柵極Vgs降下來，器件開始關(guān)斷。這個過程就是短路保護的原理。

從這個過程可以看出，這個觸發(fā)短路保護的關(guān)鍵因素就是Cbl的充電，那么這段時間可以計算出來（高中物理知識）

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

即Vdesat-th=1/CblIcht，即參考電壓=1/采樣電容值×電流源電流×充電時間（也叫消影時間），那么得出消影時間Tblk（Blanking Time），如下圖

其實在電容充電之前，還有一段時間，也就是器件開通了但是DESAT腳電壓沒有變化的那一段，這段很奇怪，明明器件已經(jīng)開通一段時間了，照理說Vds也應該抬升了，DESAT腳電壓應該開始上升才對，其實這段時間我們管它叫前沿消影時間Leading Edge Blanking time（是指目標采樣信號剛開始可能會有一個尖峰，而我們并不希望采集它，于是可以設置一個前沿消隱時間把它忽略掉）如下圖