汽車逆變器功率晶體管保護(hù)設(shè)計(jì)
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第三種做法是通過監(jiān)視集電極到發(fā)射極的電壓(VCE)來檢測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(dāng)發(fā)生輸出短路或低門極驅(qū)動情況時(shí)，IGBT會進(jìn)入線性模式并且VCE上升，造成功率損耗過大引發(fā)器件失效，檢測這個(gè)去飽和(DESAT)情況可以達(dá)到和監(jiān)視輸出電流相同的錯(cuò)誤檢測結(jié)果，但卻有監(jiān)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IGBT更高功率的使用。
圖2 集成了錯(cuò)誤檢測和軟關(guān)斷，Avago的ACPL-38JT IGBT門驅(qū)動光電耦合器可以解決可能破壞逆變器功率開關(guān)的錯(cuò)誤情況
和檢測錯(cuò)誤同等重要的是，逆變器本身設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤分辨能力，當(dāng)檢測到錯(cuò)誤情況時(shí)，極可能有較大的電流經(jīng)過，如果IGBT關(guān)斷過于快速，那么快速的電流變化(di/dt)以及無可避免的連接寄生電感就有可能造成回流EMF超過IGBT的最高電壓容忍大小，帶來IGBT的損壞并破壞過電流保護(hù)機(jī)制。這個(gè)問題可以通過實(shí)現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷來減輕，利用延長錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)的門極放電時(shí)間降低電壓的變化速度。
錯(cuò)誤分辨能力也有著系統(tǒng)的考量，自動錯(cuò)誤檢測可以配置為同時(shí)關(guān)斷所有其他門驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)，另一方面，錯(cuò)誤檢測也可設(shè)計(jì)為每個(gè)IGBT獨(dú)立進(jìn)行錯(cuò)誤檢測和關(guān)斷，允許通常較為適合汽車牽引應(yīng)用的和緩錯(cuò)誤處理和關(guān)斷策略。自動錯(cuò)誤檢測也可以包含提供信號給負(fù)責(zé)管理汽車動力系統(tǒng)的微控制器，帶來額外的響應(yīng)選擇。
可靠性是基本要求
在汽車系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這些錯(cuò)誤檢測和IGBT保護(hù)電路必須有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，包括低成本、小尺寸以及強(qiáng)固性。由于汽車應(yīng)用對于質(zhì)量和可靠性的期待通常要比其他許多消費(fèi)類和工業(yè)應(yīng)用高上許多，因此強(qiáng)固性非常重要，進(jìn)一步說，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(yīng)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門驅(qū)動光電耦合器通過集成去飽合檢測和欠壓鎖定(UVLO, Under Voltage LockOut)電路，以及隔離的錯(cuò)誤信號和軟關(guān)斷等多個(gè)功能到IGBT門驅(qū)動器中滿足了所有這些需求。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(shè)計(jì)的LED確保高溫條件下的更長工作壽命，內(nèi)置的保護(hù)電路可以節(jié)省數(shù)個(gè)分立器件而降低成本，并通過解決所有錯(cuò)誤情況，包括可能破壞功率開關(guān)晶體管的低門驅(qū)動電壓提高系統(tǒng)的可靠性。
在門驅(qū)動和IGBT保護(hù)電路上使用單一集成器件也可以通過消除分立器件失效點(diǎn)協(xié)助提高系統(tǒng)的可靠性，另外，集成器件也可借由完整和通過預(yù)先測試的設(shè)計(jì)而有助于縮短設(shè)計(jì)和通過監(jiān)管審查時(shí)間。舉例來說，ACPL-38JT就依循TS 16949和AEC-Q100汽車準(zhǔn)則進(jìn)行生產(chǎn)和測試，工作溫度范圍達(dá)到- 40℃到125℃。
隨著高功率電氣系統(tǒng)在汽車設(shè)計(jì)中的角色越來越加重要，錯(cuò)誤保護(hù)成為確保長時(shí)間工作壽命的必備條件，在逆變器設(shè)計(jì)中的功率開關(guān)使用同時(shí)提供有檢測和響應(yīng)機(jī)制的集成方案，可以通過緊湊、低成本并且高可靠性的方式滿足這個(gè)需求。
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