本文通過(guò)訪問(wèn)DIP25系列IPM，查看強(qiáng)大的心臟IGBT，了解短路測(cè)試方法、短路容量和過(guò)電流保護(hù)設(shè)置，使工程師朋友在應(yīng)用中使用更加方便。

1.短路測(cè)試

對(duì)于電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的要求是負(fù)載短路時(shí)可以安全地切斷。也就是說(shuō)，當(dāng)負(fù)載短路時(shí)，集電極的電流會(huì)迅速上升到極限輸出，在此條件下，部件可以安全中斷，系統(tǒng)可以得到穩(wěn)定的保護(hù)。另一方面，IGBT在短路期間能承受的電壓和電流應(yīng)力非常大，因此短路可能被認(rèn)為是系統(tǒng)最壞的情況之一。

下圖顯示了斯威士蘭DIP25系列IPM短路電流和容量測(cè)試的示意圖。具體的測(cè)試方法如下：

圖1短路測(cè)試電路圖

以w相上方為例。

DIP25模塊CSC接地允許/SDW中的5.1k至5V、VCC連接15V、INWL接地或懸空狀態(tài)、VPN連接400V高壓源、W上下方IGBT段落，即W和NW用粗短線短路。INWH接入信號(hào)發(fā)生器，單脈沖輸出，振幅5V，脈沖寬度2us設(shè)置為：示波器電流探頭連接IC，高壓探頭連接P和W端口，普通探頭連接INWH和COM，調(diào)整范圍，設(shè)置INWH信號(hào)上升邊緣觸發(fā)器。信號(hào)發(fā)生器觸發(fā)輸出后，可以得到模塊W相上部短路電流波形。繼續(xù)增加INWH脈沖寬度，直到IGBT損壞為止，可以獲得W相上方IGBT的短路容量。

TC=125C，VPN=400 v，VCC=16 . 5 v，測(cè)量波形如下：可以承受6uS。

圖2短路試驗(yàn)測(cè)量波形

注意事項(xiàng)：

1)注意測(cè)試平臺(tái)的高壓側(cè)線長(zhǎng)度和寬度，注意粗短路徑長(zhǎng)度。這是因?yàn)樗绊懚搪冯s散電感和電路阻抗，從而影響短路電流測(cè)試值，也影響電路結(jié)束時(shí)電壓尖峰的大小。

2)測(cè)試高側(cè)時(shí)，VCC通過(guò)引導(dǎo)二極管供電，實(shí)際測(cè)試時(shí)可以適當(dāng)增加電壓，以補(bǔ)償二極管壓降。

3)Csc段旨在阻止IPM模塊的過(guò)電流保護(hù)，測(cè)試U和V時(shí)，Csc不需要接地。

4)在施加高壓力之前，必須調(diào)試微弱的電信號(hào)，信號(hào)輸出與預(yù)設(shè)時(shí)間一致，信號(hào)發(fā)生器必須調(diào)整到觸發(fā)輸出模式，以防止電力損壞模塊。

5)示波器同時(shí)捕獲VIN、VCE、ICE波形。

6)PN電壓先添加50V，確認(rèn)波形正常，然后400V中選擇另一種天花板類型。

7)拆卸模塊時(shí)，首先注意PN放電，以免人體接觸后沒(méi)電。

8)短路容量測(cè)試IPM模塊可能過(guò)熱，請(qǐng)注意阻塞。

9)確保測(cè)試的環(huán)境和模塊溫度在IPM模塊規(guī)格表要求范圍內(nèi)。

10)短路電流下降是由接合溫度上升引起的。

經(jīng)測(cè)試獲得SDM06C60TA2的SCSOA曲線為Tc=125 C、VPN=400V。

曲線下的灰度區(qū)域是安全的工作區(qū)。

圖3 SDM06C60TA2 SCSOA曲線

2.過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)建議

DIP25系列IGBT過(guò)流保護(hù)計(jì)時(shí)大致如下：短路、電流上升、CSC電壓上升、t1是CSC的RC濾波時(shí)間

.detail&_iz=31825&index=4" width="640" height="505"/>

圖4 過(guò)流簡(jiǎn)易時(shí)序

圖5 VFO端口連接圖

VFO端口外圍連接如圖5所示，為保證模塊發(fā)生過(guò)流保護(hù)時(shí)的可靠性，考慮到IPM的安全工作區(qū)，這里需要對(duì)保護(hù)響應(yīng)時(shí)間有所要求，即從發(fā)生過(guò)流到FO拉低的總時(shí)間要小于3us，該時(shí)間主要有2段組成：

1.CSC的RC延遲時(shí)間，小于1.5us；

2.VFO放電時(shí)間，小于1.5us。

條件1小于1.5us，通過(guò)RC參數(shù)設(shè)置，建議Ccsc為1nF，Rcsc為1.5KΩ；

這里重點(diǎn)考慮VFO的放電時(shí)間的設(shè)置，出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)時(shí)，VFO開(kāi)漏NMOS打開(kāi)，VFO電壓開(kāi)始下降，有VFO濾波電容對(duì)NMOS放電，放電時(shí)間取決于濾波電容的大?。∟MOS等效電阻為50Ω），當(dāng)VFO電壓低于1.3V（典型值）時(shí)，模塊輸出才會(huì)安全關(guān)斷。

出現(xiàn)保護(hù)故障輸出，內(nèi)部NMOS導(dǎo)通，C1通過(guò)NMOS放電，此時(shí)該端口電壓為（理想情況下，公式暫不考慮內(nèi)部恒流源放電）：

VFO=V0 +(V1-V0)× [1-e(-t/RC1)]——（公式1）

這里V0為出現(xiàn)保護(hù)前的VFO端口電壓，V1為VFO端口能放電到的最低電壓（通常取0.1V），VFO為t時(shí)刻電壓（保護(hù)時(shí)刻取VFO為使能關(guān)斷最小值0.8V），R為NMOS等效電阻取50Ω。代入公式1換算得到：

t=RC1 × ln[(V1 - V0)/(V1 -VFO)]=50Ω×C1 ×ln[ - V0)/– 0.8)]<1.5us

得到

C1<1.5/(50 ×ln[ - V0])——（公式2）

Tc=25℃下，VO與上拉電阻關(guān)系如下：

VO=VDD-0.11*R1——（公式3）

代入公式2，得到C1與上拉電阻R1的關(guān)系如下：

C1<1.5/(50 ×ln[ - *R1) ]) ——（公式4）

例如：VDD=5V，上拉6.8K，溫度25°C，則V0=4.25V，得到C1＜16.85nF

圖6 VFO濾波電容與上拉電阻關(guān)系

為保證短路保護(hù)的可靠性，留足夠的余量，這里建議統(tǒng)一濾波電容取值為2nF。

注意事項(xiàng)：

1）為防止地線電壓波動(dòng)導(dǎo)致VFO容易被誤觸發(fā)使能關(guān)斷模塊輸出，VFO管腳的濾波電容應(yīng)盡可能靠近管腳放置；

2）盡量在MCU的AD管腳處也放置一個(gè)1nF電容，以免走線過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的電壓波動(dòng)；

3）根據(jù)整機(jī)應(yīng)用實(shí)測(cè)情況，合理調(diào)整VFO濾波電容大小。