SiC MOSFET輸出短路保護(hù)電路設(shè)計(jì)-KIA MOS管

SiC MOSFET具有輸入阻抗高、高頻性能好、單個(gè)驅(qū)動(dòng)功率小和無(wú)需并聯(lián)均流控制等顯著優(yōu)勢(shì)。隨著 SiC MOSFET 的發(fā)展和成熟，變流產(chǎn)品向著高頻、高功率密度、高可靠性的方向快速發(fā)展。

輸出短路保護(hù)設(shè)計(jì)

SiC MOSFET 的晶圓面積小于 IGBT 的晶圓面積，其散熱能力比 IGBT 差，一般 SiC MOSFET 發(fā)生短路故障后要求 2 μs 內(nèi)關(guān)斷脈沖信號(hào)。

ACPL－355JC通過(guò)檢測(cè) SiC MOSFET 的導(dǎo)通壓降( VDS) 是否超過(guò)內(nèi)部設(shè)置的比較器閾值電壓進(jìn)行短路保護(hù)，其工作原理如圖 3 所示。

ACPL－355JC 內(nèi)部設(shè)置的比較器閾值電壓為9 V。當(dāng) SiC MOSFET 發(fā)生短路故障時(shí)，VDS大于9 V時(shí)，消隱電容充電電流 ( ICHG) 給消隱電容( CBLANK) 充電，當(dāng) ACPL － 355JC OC 引腳的電壓( VOC) 大于 9 V 時(shí)，觸發(fā) ACPL－355JC 的保護(hù)動(dòng)作。通 過(guò) 設(shè) 置 CBLANK的值來(lái)設(shè)定消隱時(shí)間( tBLANK) ，即

式中: tOC，BLANKING為內(nèi)部消隱時(shí)間; VOC，INITIAL為 SiC MOSFET 正常導(dǎo)通時(shí) ACPL－355JC 驅(qū)動(dòng)模塊 OC 引腳的電壓值; ICHG= 1 mA。

當(dāng) SiC MOSFET 正常導(dǎo)通時(shí)，恒流源 ICHG通過(guò)電阻 ( ＲBLOCK) 、二極管 ( DBLOCK) 和 SiC MOSFET進(jìn)行釋放。其 中，DBLOCK選擇高壓快恢復(fù)二極管( US1M) ，其反向耐壓為 1 000 V，導(dǎo)通壓降 ( VF )為 1. 7 V。

根據(jù) SiC MOSFET ( C3M0075120J) 的手冊(cè)，正常工作時(shí) SiC MOSFET 的導(dǎo)通壓降為 1 V。在保證 SiC MOSFET 正常導(dǎo)通時(shí) VOC遠(yuǎn)低于比較器閾值電壓 9 V 的前提下， ＲBLOCK選擇為 1 kΩ，則正常導(dǎo)通時(shí)VOC，INITIAL為

由式 ( 6) 可以求得 VOC，INITIAL= 3. 7 V。當(dāng)圖 1 中升壓電感發(fā)生退飽和等故障導(dǎo)致電感值突減時(shí)，SiC MOSFET 會(huì)發(fā)生短路故障，導(dǎo)致流過(guò)SiC MOSFET 的電流迅速增加，此時(shí)應(yīng)該保證 2 μs內(nèi)觸發(fā) ACPL－355JC 的保護(hù)功能以關(guān)斷脈沖信號(hào)。

CBLANK用于設(shè)置 tBLANK，tOC，BLANKING= 0. 4 μs。根據(jù)式( 5) 計(jì) 算 出 CBLANK＜ 302 pF。實(shí) 際 選 擇 CBLANK=220 pF，發(fā)生短路故障時(shí)理論保護(hù)時(shí)間為 1. 566 μs。

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