SiC MOSFET短路時間相比IGBT短很多,英飛凌CoolSiC? MOSFET單管保證3us的短路時間,Easy模塊保證2us的短路時間,因此要求驅動電路和的短路響應迅速而精確。今天,我們來具體看一下這個短而精的程度。
圖1是傳統典型的驅動芯片退飽和檢測原理,芯片內置一個恒流源。功率開關器件在門極電壓一定時,發生短路后,電流不斷增加,導致器件VCE電壓迅速提升至母線電壓,高壓二極管被阻斷,恒流源電流向電容CDESAT充電,當上電容CDESAT的電壓被恒流源充至大于比較器參考電壓后,觸發驅動器關閉輸出。這樣在每一次IGBT開通的初始瞬間,即使VCE還沒有來得及下降進入飽和狀態,電容CDESAT上的電壓也不會突變。恒流源將電容CDESAT充電至比較器參考電壓需要一段時間,這段時間我們叫它消隱時間,它直接影響了短路保護的時間。消隱時間可由下式進行計算:
UC_DESAT的大小是驅動芯片設計的參考電壓決定的,把它當常數對待。從以上公式可以看出,恒流源的電流I越大,充電時間越短,對短路的響應越快。雖然理論上減小電容也是可以實現減少充電時間的,但是由于集成在驅動芯片內的恒流源電流本身就很小,也就幾百個μA,而短路的保護通常只有幾個μs,所以這個電容也就只能幾百個pF。事實上電路板布線的寄生電容可能也有幾十pF,而且減小電容易受干擾導致短路誤報。下面我們來具體計算一下。
之前已經給出了短路時間的理論公式,但在實際應用時,無論是恒流源電流值、電容值還是參考電壓值都會有波動,比如溫度變化就能引起數值偏差。表1是英飛凌產品1ED020I12-F2的偏差值,把所有的這些偏差疊加一起得到如下Δt的短路時間偏差值:
加上芯片里有些系統濾波時間和響應時間,如短路時序圖2中TDESATleb和TDESATOUT。具體數值可以在驅動芯片的規格書里找到,我們就得到了相對考慮全面的短路保護時間TSCOUT。以1ED020I12-F2為例,TDESATleb和TDESATOUT分別是400ns和350ns。
因為要適配碳化硅器件的額短路保護,追求快的短路保護時間,所以選用56pF作為CDESAT電容,且假設容值的偏差是10%,即+/-5.6pF。
那么TSC=9/500μ*56p=1.008μs,
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