SiC MOSFET短路时间相比IGBT短很多,英飞凌CoolSiC™ MOSFET单管保证3us的短路时间,Easy模块保证2us的短路时间,因此要求驱动电路和的短路响应迅速而精确。今天,我们来具体看一下这个短而精的程度。

 

图1是传统典型的驱动芯片退饱和检测原理,芯片内置一个恒流源。功率开关器件在门极电压一定时,发生短路后,电流不断增加,导致器件VCE电压迅速提升至母线电压,高压二极管被阻断,恒流源电流向电容CDESAT充电,当上电容CDESAT的电压被恒流源充至大于比较器参考电压后,触发驱动器关闭输出。这样在每一次IGBT开通的初始瞬间,即使VCE还没有来得及下降进入饱和状态,电容CDESAT上的电压也不会突变。恒流源将电容CDESAT充电至比较器参考电压需要一段时间,这段时间我们叫它消隐时间,它直接影响了短路保护的时间。消隐时间可由下式进行计算:

 

UC_DESAT的大小是驱动芯片设计的参考电压决定的,把它当常数对待。从以上公式可以看出,恒流源的电流I越大,充电时间越短,对短路的响应越快。虽然理论上减小电容也是可以实现减少充电时间的,但是由于集成在驱动芯片内的恒流源电流本身就很小,也就几百个μA,而短路的保护通常只有几个μs,所以这个电容也就只能几百个pF。事实上电路板布线的寄生电容可能也有几十pF,而且减小电容易受干扰导致短路误报。下面我们来具体计算一下。

 

图1

 

之前已经给出了短路时间的理论公式,但在实际应用时,无论是恒流源电流值、电容值还是参考电压值都会有波动,比如温度变化就能引起数值偏差。表1是英飞凌产品1ED020I12-F2的偏差值,把所有的这些偏差叠加一起得到如下Δt的短路时间偏差值:

 

表1

 

 

加上芯片里有些系统滤波时间和响应时间,如短路时序图2中TDESATleb和TDESATOUT。具体数值可以在驱动芯片的规格书里找到,我们就得到了相对考虑全面的短路保护时间TSCOUT。以1ED020I12-F2为例,TDESATleb和TDESATOUT分别是400ns和350ns。

 

图2

 

因为要适配碳化硅器件的额短路保护,追求快的短路保护时间,所以选用56pF作为CDESAT电容,且假设容值的偏差是10%,即+/-5.6pF。

 

那么TSC=9/500μ*56p=1.008μs,