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我們用了二個篇幅去討論功率MOSFET的漏極脈沖電流以及和短路保護相關(guān)的測量規(guī)范,，那么,，在實際的應(yīng)用中，這些規(guī)范是否能夠完全解決短路保護的問題呢,？今天,，我們討論有關(guān)這個技術(shù)指標(biāo)的4個實際的細(xì)節(jié)，希望能夠給大家提供一些參考,。 1 短路保護并聯(lián)均流 電動汽車和電動自行車控制器目前大量地使用中壓的功率MOSFET,，相對而言電動自行車的功率較低，短路保護的設(shè)計現(xiàn)在完全可以滿足實際的應(yīng)用要求,。但是對于電動汽車,，輸出功率非常大，三相全橋6組功率MOSFET,，每組使用14-16管,、多管并聯(lián)工作，在短路大電流沖擊的過程中,，由于驅(qū)動電路,、PCB布局和每個MOSFET的參數(shù)的差異，多管很難做到完全的并聯(lián)均流,，其中的某些單管會流過更大的電流,，溫度更高，非常容易導(dǎo)致短路大電流的局部集中,，從而損壞功率MOSFET,。
圖1：電動汽車控制器功率板
圖2：電動汽車控制器 一些電動汽車控制系統(tǒng)的研發(fā)工程師，通過調(diào)整短路保護的延時,，來保證短路發(fā)生時系統(tǒng)的安全性,，但是帶來的問題是：如果短路保護的延時過小，可能導(dǎo)致滿載無法起動或輸出不了滿負(fù)載,。而且,，很多時候,，某一個型號的控制器要賣給不同的客戶，不同的客戶采用的電機的參數(shù)也不相同,，而且同一個客戶可能采用不同廠家的電動機,，這就會導(dǎo)致在某一個客戶或某一個客戶的某一個機型，控制器的延時調(diào)到和電動機匹配得比較好,，而采用同樣的延時的控制器,，在這個客戶的其它機型或另一個客戶那里，系統(tǒng)就可能出現(xiàn)問題,，要么無法有效的實現(xiàn)短路保護,，要么滿載無法起動或無法輸出滿負(fù)載。 因此,，必須從系統(tǒng)和產(chǎn)品二個方面,，來做優(yōu)化的設(shè)計，使系統(tǒng)滿足設(shè)計的要求,。 2 短路保護的方式 通常我們使用MOSFET飽和的短路電流,，使用單脈沖持續(xù)的時間來評估功率MOSFET抗短路沖擊的性能。下面我們看看,，一位做電機驅(qū)動的資深工程師吳微提供的一個例子,，雖然是IGBT的應(yīng)用，但是對于功率MOSFET,，同樣具有參考價值,。
圖3：短路保護工作波形 我們看到，在短路過程中,，發(fā)生了連續(xù)多個短脈沖的沖擊,，每個短脈沖持續(xù)時間為2uS，滿足IGBT單脈沖測試規(guī)范,，但是 IGBT最后還是發(fā)生損壞,。對于器件本體參數(shù)的測試，即便是使用多脈沖,，通常一個脈沖結(jié)束后,，硅片的溫度回到常溫，然后再加下一個脈沖,，就是不考慮多脈沖能量累積的效應(yīng),，但是，如果實際的應(yīng)用中,，發(fā)生了能量的累積效應(yīng),，那么單脈沖的測試結(jié)果，就不能完全保證這樣的短路條件下，系統(tǒng)仍然可靠不發(fā)生損壞,。 但是，單脈沖的測試結(jié)果仍然具有參考價值,，它為評估不同器件的短路性能提供了標(biāo)準(zhǔn)和對比,，單脈沖短路性能強的器件，在多脈沖的條件,，同樣具有更強的短路性能,。 3 單脈沖電流和實際短路保護的大電流 前面我們分析過，測試單脈沖短路性能時,，功率MOSFET工作在線性區(qū),，也就是放大區(qū)，而在有些實際的應(yīng)用中,，系統(tǒng)短路時,，雖然短路電流比較大，但是功率MOSFET并沒有工作在線性區(qū),，因此,，這種條件下的短路和器件級的短路性能是不同的。 系統(tǒng)短路時,，如果功率MOSFET仍然工作在完全導(dǎo)通狀態(tài),，那么可以通過功耗來校核結(jié)溫，另一個方面,，要考慮到雪崩UIS問題,。 4 PCB布局和短路保護問題 通常在系統(tǒng)的輸入端有大電容提供負(fù)載電源，輸入電容到功率MOSFET橋臂上下端會有雜散電感,，很多研發(fā)工程師發(fā)現(xiàn)：如果這個輸入回路的雜散電感大,，短路電流就會降低，但是MOSFET的VDS的尖峰電壓會提高,。反過來,，輸入回路的雜散電感小，短路電流就會增加,，MOSFET的VDS的尖峰電壓會降低,。兩者相矛盾，這需要研發(fā)工程師做一些平衡,。 在設(shè)計過程中,，特別是對于輸出功率較大的系統(tǒng)，通常是盡可能的減小回路雜散電感來減小尖峰電壓和EMI的影響,，同時可以提高系統(tǒng)的效率,，而短路保護通過調(diào)節(jié)短路的延時和控制方式來保證。 MOSFET特點及應(yīng)用,，可參考以下文章： |
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