SiC MOSFET輸出短路保護電路設計-KIA MOS管

SiC MOSFET具有輸入阻抗高、高頻性能好、單個驅動功率小和無需并聯(lián)均流控制等顯著優(yōu)勢。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。

輸出短路保護設計

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)關斷脈沖信號。

ACPL－355JC通過檢測 SiC MOSFET 的導通壓降( VDS) 是否超過內(nèi)部設置的比較器閾值電壓進行短路保護，其工作原理如圖 3 所示。

SiC MOSFET 短路保護

ACPL－355JC 內(nèi)部設置的比較器閾值電壓為9 V。當 SiC MOSFET 發(fā)生短路故障時，VDS大于9 V時，消隱電容充電電流 ( ICHG) 給消隱電容( CBLANK) 充電，當 ACPL － 355JC OC 引腳的電壓( VOC) 大于 9 V 時，觸發(fā) ACPL－355JC 的保護動作。通過設置 CBLANK的值來設定消隱時間( tBLANK) ，即

SiC MOSFET 短路保護

式中: tOC，BLANKING為內(nèi)部消隱時間; VOC，INITIAL為 SiC MOSFET 正常導通時 ACPL－355JC 驅動模塊 OC 引腳的電壓值; ICHG= 1 mA。

當 SiC MOSFET 正常導通時，恒流源 ICHG通過電阻 ( ＲBLOCK) 、二極管 ( DBLOCK) 和 SiC MOSFET進行釋放。其中，DBLOCK選擇高壓快恢復二極管( US1M) ，其反向耐壓為 1 000 V，導通壓降 ( VF )為 1. 7 V。

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

SiC MOSFET 短路保護

由式 ( 6) 可以求得 VOC，INITIAL= 3. 7 V。當圖 1 中升壓電感發(fā)生退飽和等故障導致電感值突減時，SiC MOSFET 會發(fā)生短路故障，導致流過SiC MOSFET 的電流迅速增加，此時應該保證 2 μs內(nèi)觸發(fā) ACPL－355JC 的保護功能以關斷脈沖信號。

CBLANK用于設置 tBLANK，tOC，BLANKING= 0. 4 μs。根據(jù)式( 5) 計算出 CBLANK＜ 302 pF。實際選擇 CBLANK=220 pF，發(fā)生短路故障時理論保護時間為 1. 566 μs。

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