退飽和電路主要作用是對功率器件進行短路保護,那么短路保護的方式有幾種:
1、電阻采樣方案
該方案需要在電源回路中串聯一個電阻器進行感應電流,可以在任何系統中靈活使用。但該方案需要高精度的電阻器、快速的ADC來保證信號準確性、采樣延時。缺點在于在于會在電阻器上產生損耗,在選型的時候需要考慮耐受功率以及散熱等問題。
SenceFET通常集成在功率器件內部,與器件并聯以降低器件導通電流。然后通過精確的分流電阻按比例縮小電流,因為感應的電流與器件同步所以檢測的時間很短,另外是集成在器件內部的寄生電感小產生的噪聲也很低,缺點就是需要具有SenceFET的功率器件會間接增加系統成本。
3、退飽和方案
第三種方案就是本文詳細介紹的退飽和方案,在實際應用中,退飽和現象一般發生在器件短路時,這時CE電壓上升到母線電壓,電流一般是額定電流的4倍左右,功率異常增大,結溫急劇上升,不及時關斷器件就有可能燒毀器件。多數的功率器件有一定的短路承受能力,一般在幾us之內。
上圖所示是一個簡化的MOS剖面圖,以此來闡述退飽和發生的原因。柵極施加一個大于閾值的正壓VGS,則柵極氧化層下方會形成導電溝道,這時如果給漏極D施加正壓VDS,則源極中的電子便會在電場的作用下源源不斷地從漏極D流向源極S,這樣電流便形成了,這時電流隨DS電壓的增長而線性增長。隨著DS電壓的增大,使得柵極和硅表面的電壓差很小而不能維持硅表面的強反型,溝道出現夾斷現象,電流不再隨DS電壓的增加而成比例增長。
驅動芯片內置一個恒流源,器件正常工作時壓降很低,恒流源的電流流過功率器件;當器件退飽和后壓降急劇升高,二極管Dhv截止,恒流源電流只能向電容Cblk充電,當Cblk上的電壓超過芯片內部的退飽和電壓時,芯片內部比較器翻轉,邏輯電路報錯。
退飽和保護閾值:
退飽和消隱時間:
注意事項:
因為在退飽和狀態下器件電流非常大,如果不加限制地關斷功率器件,會產生很大的di/dt,施加在回路的寄生電感上就會感應出很高的CE電壓,如果這個電壓高于器件額定電壓,那么功率器件就有可能損壞。我們通常用軟關斷、有源鉗位等手段控制關斷時的電壓尖峰。
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