具有 DESAT 保护功能的栅极驱动器具有内置阈值、该阈值对许多 IGBT 有效、但对于其他 IGBT 或其他类型的器件而言可能略高或过低。 只需更改 DESAT 电路中的分立式组件、即可定制该 DESAT 检测阈值以适合不同的器件。

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目录

1. 简介
2. 什么是 IGBT 中的去饱和？
3. DESAT 检测电路如何工作？
4. 为何调整 DESAT 阈值？
5. 如何调整 DESAT 阈值？
6. 参考资料和其他资源
   

简介

DESAT 是集成在 UCC5870、UCC217xx 和 ISO5x5x 中的短路/过流检测系统。 顾名思义、DESAT 检测 IGBT 的"去饱和"、 并在 VCE  上升到设计设定的特定阈值以上时触发。  VCE  上升对应于 IGBT 离开饱和区域并接近有源区域。 DESAT 检测后、栅极驱动器(包括 ISO5x5x 和 UCC217xx 系列)将立即开始将栅极拉低以关闭 IGBT 并结束短路情况。

具有 DESAT 保护功能的栅极驱动器具有内置阈值、该阈值对许多 IGBT 有效、但对于其他 IGBT 或其他类型的器件而言可能略高或过低。 只需更改 DESAT 电路中的分立式组件、即可定制该 DESAT 检测阈值以适合不同的器件。

什么是 IGBT 中的去饱和？

功率应用中 IGBT 的最佳工作点位于饱和区域、在饱和区域  中控制 VCE、从而控制耗散功率。 在短路情况下(例如、当高侧和低侧 IGBT 同时导通时)、 VCEs 将在集电极电流饱和时快速上升。 这会将 IGBT 置于工作的有效区域。     图中显示了通用 IC VCE 曲线  1。

在电源应用中、IGBT 非常不需要有源区域、因为这会导致双极结中不可持续的高功率耗散和 IGBT 本身的快速故障。 这种"去饱和"概念与 FET 形成鲜明对比、其中 VGS 上升  会导致器件接近饱和区域(而不是离开饱和区域)、而器件则在电源应用的线性区域中运行。   有关去饱和的更多信息、请参见此处。

因此、在 FET 中、DESAT 检测可用于检测"饱和"而不是"去饱和"、但对于 SiC FET、由于 SiC 的漏极特性、更适合使用直接过流检测。 本 电子书进一步解释了 IGBT 和 SiC 之间 DESAT 效率的差异。

图 1：IGBT 收集器特性

DESAT 检测电路如何工作？

DESAT 系统会检测集电极电压 VCE 何时 高于阈值 VDESAT、尽管不是直接检测。

图 2 显示了标准 DESAT 实现。

图 2：典型 DESAT 电路

在正常运行期间、IGBT 处于饱和状态、VCE  为低电平、二极管 DHV1、2 正向偏置。  然后、ICHG  电流可以通过二极管流向集电极、从而防止消隐电容器 CBLK  充电、如 图所示  3.

图 3：IGBT 正常运行期间的 DESAT 电路

在短路情况下，VCE  升高并反向偏置 DHV1、2，因此 ICHG  电流现在为消隐电容器 CBLK 充电 ，如 图所示  4.

图 4：短路期间的 DESAT

经过一段时间(由电容值设置)后、电容上的电压超过内部阈 值 VDESAT 、比较器指示检测到 DESAT。 ICHG  开始为消隐电容器充电的集电极电压为 VCE  、被视为系统 DESAT 检测阈值。

 由于存在 DHV1、2、  当电流源开始为消隐电容器充电时、DESAT 引脚上的电压将 比  VCE 高  1或2个正向压降或 VCE  +2⋅VF 。 我们还必须考虑 由于内部电流源而导致的串联电阻器 RLIM 上的压降。 因此、我们找到在集电极处测量的有效 DESAT 阈值、即 VCE _(DESAT)、=VDESAT −2⋅VF−ICHG⋅RLIM。

简  而言之、DESAT 阈值是二极管停止导通时的电压、这表明系统 VCE 过高。

为何调整 DESAT 阈值？

并非所有 IGBT 都是相同的、因此它们 的 VCE/IC    传输特性也不同。

DESAT 检测阈    值通常在"拐点电压"(通常为7-10V)下选择、如图5所示、该阈值是集电极电流饱和的点、类似于 MOSFET 的 VDSAT。 设计人员可能希望选择有效的 DESAT 检测阈值以适合具有不同拐点电压的 IGBT、或者可能选择低于拐点电压的阈值以实现更早的 DESAT 检测。

图 5：IGBT 电流膝部

如何调整 DESAT 阈值？

调整 DESAT 检测阈值的方法包括更改  DESAT  引脚和 IGBT 集电极之间的串联元件。  表 1总结了这些方法

通过更改串联 HV 阻断二极管的数量、我们可以 降低 以二极管 VF 为步长的阈值。 同样、我们可以通过添加齐纳二极管以更大的增量增大检测阈值、如 图所示  6.有了这个，我们就发现了

VCE _(DESAT)、=VDESAT −VZ−n⋅VF−ICHG⋅RLIM、其中  n  是 HV 阻断二极管的数量、最小值为1、但通常需要2个、以便切断1kV 及更高的工作电压。

在较小的程度上、也可以通过更改 RLIM 的值来对阈值进行小幅调整、但这不应用于大于几百 mV 的调整。 齐纳二极管可用于对 DESAT 检测阈值进行更大(例如3V)的更改、并可用于多种膝点电压。 选择齐纳二极管时、压降将取决于电流 偏置–在本例中为  ICHG。

图6.  

变化	对 DESAT 阈值的影响
添加(或移除) HV 阻断二极管	将阈值减小总二极管 Vf
添加齐纳二极管	将阈值 减小齐纳 VZ
更改限流电阻器值	将阈值减小 ICHG⋅RLIM

表 1：DESAT 阈值调整汇总

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参考资料和其他资源

• IGBT 和 SiC 栅极驱动器基础知识
• 高电压交互-如何保护  SiCMOSFET... 最好的方式！
• Microsemi - IGBT 教程
• [E2E 常见问题解答]增加 DESAT 充电电流