IPM（智能功率模塊）內(nèi)部集成了豐富的監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能，方便客戶使用。其中最重要的就是短路保護(hù)功能。IPM使用帶短路能力的IGBT做功率開關(guān)，而且自帶過流保護(hù)電路，通過ITRIP腳監(jiān)測(cè)過電流和短路電流，激活故障輸出信號(hào)并關(guān)斷所有6個(gè)IGBT，在簡(jiǎn)化客戶設(shè)計(jì)的同時(shí)保證了系統(tǒng)可靠性。接下來我們簡(jiǎn)單介紹一下如何進(jìn)行正確的IPM短路保護(hù)設(shè)計(jì)。

首先，每個(gè)IPM規(guī)格書都會(huì)給出其IGBT的短路額定值。以CIPOS MINI系列的IKCM30F60GA為例，其短路時(shí)維持時(shí)間為5us，測(cè)試條件為VDC＝400V，Tj=150°C，VDD=15V。注意當(dāng)測(cè)試條件改變時(shí)，短路維持時(shí)間會(huì)相應(yīng)改變。具體數(shù)值可查詢相關(guān)資料。

當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)過流和短路保護(hù)電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮保護(hù)電路響應(yīng)時(shí)間Tsc要小于IPM短路額定值。Tsc通常包含外部的RC濾波器時(shí)間常數(shù)和IPM內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)器延遲時(shí)間。

在家用電器等應(yīng)用中常使用單電阻采樣電路，并通常使用RC低通濾波器消除采樣電阻上的高頻噪聲。下圖是采用單電阻采樣的典型電路。

由于線路和電阻上的漏感，采樣信號(hào)會(huì)畸變。假如我們使用下圖的采樣電阻：

在T = 25°C, VDC = 125 V, di/dt = 590 A/μs時(shí)測(cè)得波形如下：

測(cè)試結(jié)果: Uind = 7 V，所以得到漏感Lsh = 7V*A / 590μs = 11.9 nH。用頻域的傳遞函數(shù)來表述采樣信號(hào)，因?yàn)?/p>

可以得到

顯然，當(dāng)如下等式成立時(shí)，濾波效果最理想。

因此我們可以得到

帶入前面得到的數(shù)據(jù)：Ls = 11.9nH，RS = 30 mΩ，取R1 = 100 Ω，得到C1 = 3.966 nF，所以取 C1 = 3.3 nF。經(jīng)過實(shí)測(cè)我們發(fā)現(xiàn)使用100 Ω和3.3 nF會(huì)引起輕微的過補(bǔ)償：

經(jīng)過微調(diào)，使用470 Ω?和680 pF得到更好的結(jié)果:

由此，我們得到外部的RC濾波器時(shí)間常數(shù)為0.32μs，當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中考慮到器件參數(shù)一致性，需要預(yù)留一定余量，推薦客戶使用1μs左右的時(shí)間常數(shù)，通常不超過2μs。

同樣以CIPOS MINI系列的IKCM30F60GA為例，其內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器相應(yīng)短路信號(hào)延遲時(shí)間為1.47μs，測(cè)試條件為Tj=25°C，VDD=15V。

考慮到驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)特性有溫漂，我們?cè)谌ぷ鳒囟确秶鷥?nèi)做了測(cè)試，結(jié)果如下：

可見IPM內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器短路保護(hù)延遲時(shí)間保證小于2μs。所以這個(gè)短路保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間Tsc是3μs，IPM是安全的。

其余常見的采樣電路有帶二極管解耦的3電阻采樣：

這里的采樣電阻為

濾波電路時(shí)間常數(shù)由兩級(jí)時(shí)間常數(shù)相加得到(100Ω x 1nF)+(1.8kΩ x 1nF) = 1.9μs。

如果采用帶比較器的過流保護(hù)電路（如下圖所示），則需要小心選擇RC常數(shù)。總濾波電路時(shí)間常數(shù)除了兩級(jí)RC，還要考慮比較器響應(yīng)時(shí)間。

綜上所述，在進(jìn)行IPM短路保護(hù)電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要精心設(shè)計(jì)濾波電路的參數(shù)。同時(shí)，濾波電路延遲及比較器的響應(yīng)時(shí)間都需要考慮在整個(gè)短路保護(hù)延遲時(shí)間之內(nèi)。整個(gè)短路保護(hù)延遲Tsc一定要小于IPM的短路耐受時(shí)間，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

編輯：黃飛

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