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汽车逆变器功率晶体管保护设计

作者: 时间:2012-06-18 来源:网络 收藏


第三种做法是通过监视集电极到发射极的电压(VCE)来检测IGBT脱离饱和状态的时间,在普通工作情况下IGBT处于饱和模式而VCE低,当发生输出短路或低门极驱动情况时,IGBT会进入线性模式并且VCE上升,造成功率损耗过大引发器件失效,检测这个去饱和(DESAT)情况可以达到和监视输出电流相同的错误检测结果,但却有监视IGBT真实工作情况,有效降低许多外在因素干扰的优点,带来IGBT更高功率的使用。

图2 集成了错误检测和软关断,Avago的ACPL-38JT IGBT门驱动器可以解决可能破坏功率开关的错误情况

和检测错误同等重要的是,本身设计的错误分辨能力,当检测到错误情况时,极可能有较大的电流经过,如果IGBT关断过于快速,那么快速的电流变化(di/dt)以及无可避免的连接寄生电感就有可能造成回流EMF超过IGBT的最高电压容忍大小,带来IGBT的损坏并破坏过电流保护机制。这个问题可以通过实现IGBT的软关断来减轻,利用延长错误发生时的门极放电时间降低电压的变化速度。

错误分辨能力也有着系统的考量,自动错误检测可以配置为同时关断所有其他门驱动来实现,另一方面,错误检测也可设计为每个IGBT独立进行错误检测和关断,允许通常较为适合汽车牵引应用的和缓错误处理和关断策略。自动错误检测也可以包含提供信号给负责管理汽车动力系统的微控制器,带来额外的响应选择。

可靠性是基本要求

在汽车系统中实现这些错误检测和IGBT保护电路必须有几个关键点,包括低成本、小尺寸以及强固性。由于汽车应用对于质量和可靠性的期待通常要比其他许多消费类和工业应用高上许多,因此强固性非常重要,进一步说,在更加恶劣的环境,包括极广的工作温度条件以及高幅射和感应电磁噪声下则必须具备更高的可靠性。

高度集成方案,如图2中Avago的ACPL-38JT门驱动器通过集成去饱合检测和欠压锁定(UVLO, Under Voltage LockOut)电路,以及隔离的错误信号和软关断等多个功能到IGBT门驱动器中满足了所有这些需求。Avago的光隔离功能包括环绕光接收器的透明法拉第屏蔽协助降低电磁噪声耦合,并使用特别设计的LED确保高温条件下的更长工作寿命,内置的保护电路可以节省数个分立器件而降低成本,并通过解决所有错误情况,包括可能破坏的低门驱动电压提高系统的可靠性。

在门驱动和IGBT保护电路上使用单一集成器件也可以通过消除分立器件失效点协助提高系统的可靠性,另外,集成器件也可借由完整和通过预先测试的设计而有助于缩短设计和通过监管审查时间。举例来说,ACPL-38JT就依循TS 16949和AEC-Q100汽车准则进行生产和测试,工作温度范围达到- 40℃到125℃。

随着高功率电气系统在汽车设计中的角色越来越加重要,错误保护成为确保长时间工作寿命的必备条件,在设计中的功率开关使用同时提供有检测和响应机制的集成方案,可以通过紧凑、低成本并且高可靠性的方式满足这个需求。


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