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汽車(chē)逆變器功率晶體管保護設計

作者： 時(shí)間：2012-06-18 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏


第三種做法是通過(guò)監視集電極到發(fā)射極的電壓(VCE)來(lái)檢測IGBT脫離飽和狀態(tài)的時(shí)間，在普通工作情況下IGBT處于飽和模式而VCE低，當發(fā)生輸出短路或低門(mén)極驅動(dòng)情況時(shí)，IGBT會(huì )進(jìn)入線(xiàn)性模式并且VCE上升，造成功率損耗過(guò)大引發(fā)器件失效，檢測這個(gè)去飽和(DESAT)情況可以達到和監視輸出電流相同的錯誤檢測結果，但卻有監視IGBT真實(shí)工作情況，有效降低許多外在因素干擾的優(yōu)點(diǎn)，帶來(lái)IGBT更高功率的使用。

圖2 集成了錯誤檢測和軟關(guān)斷，Avago的ACPL-38JT IGBT門(mén)驅動(dòng)光電耦合器可以解決可能破壞逆變器功率開(kāi)關(guān)的錯誤情況

和檢測錯誤同等重要的是，逆變器本身設計的錯誤分辨能力，當檢測到錯誤情況時(shí)，極可能有較大的電流經(jīng)過(guò)，如果IGBT關(guān)斷過(guò)于快速，那么快速的電流變化(di/dt)以及無(wú)可避免的連接寄生電感就有可能造成回流EMF超過(guò)IGBT的最高電壓容忍大小，帶來(lái)IGBT的損壞并破壞過(guò)電流保護機制。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)實(shí)現IGBT的軟關(guān)斷來(lái)減輕，利用延長(cháng)錯誤發(fā)生時(shí)的門(mén)極放電時(shí)間降低電壓的變化速度。

錯誤分辨能力也有著(zhù)系統的考量，自動(dòng)錯誤檢測可以配置為同時(shí)關(guān)斷所有其他門(mén)驅動(dòng)來(lái)實(shí)現，另一方面，錯誤檢測也可設計為每個(gè)IGBT獨立進(jìn)行錯誤檢測和關(guān)斷，允許通常較為適合汽車(chē)牽引應用的和緩錯誤處理和關(guān)斷策略。自動(dòng)錯誤檢測也可以包含提供信號給負責管理汽車(chē)動(dòng)力系統的微控制器，帶來(lái)額外的響應選擇。

可靠性是基本要求

在汽車(chē)系統中實(shí)現這些錯誤檢測和IGBT保護電路必須有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，包括低成本、小尺寸以及強固性。由于汽車(chē)應用對于質(zhì)量和可靠性的期待通常要比其他許多消費類(lèi)和工業(yè)應用高上許多，因此強固性非常重要，進(jìn)一步說(shuō)，在更加惡劣的環(huán)境，包括極廣的工作溫度條件以及高幅射和感應電磁噪聲下則必須具備更高的可靠性。

高度集成方案，如圖2中Avago的ACPL-38JT門(mén)驅動(dòng)光電耦合器通過(guò)集成去飽合檢測和欠壓鎖定(UVLO, Under Voltage LockOut)電路，以及隔離的錯誤信號和軟關(guān)斷等多個(gè)功能到IGBT門(mén)驅動(dòng)器中滿(mǎn)足了所有這些需求。Avago的光隔離功能包括環(huán)繞光接收器的透明法拉第屏蔽協(xié)助降低電磁噪聲耦合，并使用特別設計的LED確保高溫條件下的更長(cháng)工作壽命，內置的保護電路可以節省數個(gè)分立器件而降低成本，并通過(guò)解決所有錯誤情況，包括可能破壞功率開(kāi)關(guān)晶體管的低門(mén)驅動(dòng)電壓提高系統的可靠性。

在門(mén)驅動(dòng)和IGBT保護電路上使用單一集成器件也可以通過(guò)消除分立器件失效點(diǎn)協(xié)助提高系統的可靠性，另外，集成器件也可借由完整和通過(guò)預先測試的設計而有助于縮短設計和通過(guò)監管審查時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，ACPL-38JT就依循TS 16949和AEC-Q100汽車(chē)準則進(jìn)行生產(chǎn)和測試，工作溫度范圍達到- 40℃到125℃。

隨著(zhù)高功率電氣系統在汽車(chē)設計中的角色越來(lái)越加重要，錯誤保護成為確保長(cháng)時(shí)間工作壽命的必備條件，在逆變器設計中的功率開(kāi)關(guān)使用同時(shí)提供有檢測和響應機制的集成方案，可以通過(guò)緊湊、低成本并且高可靠性的方式滿(mǎn)足這個(gè)需求。
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