IPM（智能功率模塊）內(nèi)部集成了豐富的監(jiān)測和保護功能，方便客戶使用。其中最重要的就是短路保護功能。IPM使用帶短路能力的IGBT做功率開關，而且自帶過流保護電路，通過ITRIP腳監(jiān)測過電流和短路電流，激活故障輸出信號并關斷所有6個IGBT，在簡化客戶設計的同時保證了系統(tǒng)可靠性。接下來我們簡單介紹一下如何進行正確的IPM短路保護設計。

首先，每個IPM規(guī)格書都會給出其IGBT的短路額定值。以CIPOS MINI系列的IKCM30F60GA為例，其短路時維持時間為5us，測試條件為VDC＝400V，Tj=150°C，VDD=15V。注意當測試條件改變時，短路維持時間會相應改變。具體數(shù)值可查詢相關資料。

當我們設計過流和短路保護電路時，應當考慮保護電路響應時間Tsc要小于IPM短路額定值。Tsc通常包含外部的RC濾波器時間常數(shù)和IPM內(nèi)部的驅(qū)動器延遲時間。

在家用電器等應用中常使用單電阻采樣電路，并通常使用RC低通濾波器消除采樣電阻上的高頻噪聲。下圖是采用單電阻采樣的典型電路。

由于線路和電阻上的漏感，采樣信號會畸變。假如我們使用下圖的采樣電阻：

在T = 25°C, VDC = 125 V, di/dt = 590 A/μs時測得波形如下：

測試結(jié)果: Uind = 7 V，所以得到漏感Lsh = 7V*A / 590μs = 11.9 nH。用頻域的傳遞函數(shù)來表述采樣信號，因為

可以得到

顯然，當如下等式成立時，濾波效果最理想。

因此我們可以得到

帶入前面得到的數(shù)據(jù)：Ls = 11.9nH，RS = 30 mΩ，取R1 = 100 Ω，得到C1 = 3.966 nF，所以取 C1 = 3.3 nF。經(jīng)過實測我們發(fā)現(xiàn)使用100 Ω和3.3 nF會引起輕微的過補償：

經(jīng)過微調(diào)，使用470 Ω?和680 pF得到更好的結(jié)果:

由此，我們得到外部的RC濾波器時間常數(shù)為0.32μs，當然在實際應用中考慮到器件參數(shù)一致性，需要預留一定余量，推薦客戶使用1μs左右的時間常數(shù)，通常不超過2μs。

同樣以CIPOS MINI系列的IKCM30F60GA為例，其內(nèi)部驅(qū)動器相應短路信號延遲時間為1.47μs，測試條件為Tj=25°C，VDD=15V。

考慮到驅(qū)動器動態(tài)特性有溫漂，我們在全工作溫度范圍內(nèi)做了測試，結(jié)果如下：

可見IPM內(nèi)部驅(qū)動器短路保護延遲時間保證小于2μs。所以這個短路保護電路的響應時間Tsc是3μs，IPM是安全的。

其余常見的采樣電路有帶二極管解耦的3電阻采樣：

這里的采樣電阻為

濾波電路時間常數(shù)由兩級時間常數(shù)相加得到(100Ω x 1nF)+(1.8kΩ x 1nF) = 1.9μs。

如果采用帶比較器的過流保護電路（如下圖所示），則需要小心選擇RC常數(shù)?？倿V波電路時間常數(shù)除了兩級RC，還要考慮比較器響應時間。

綜上所述，在進行IPM短路保護電路設計時，需要精心設計濾波電路的參數(shù)。同時，濾波電路延遲及比較器的響應時間都需要考慮在整個短路保護延遲時間之內(nèi)。整個短路保護延遲Tsc一定要小于IPM的短路耐受時間，才能保證整個系統(tǒng)的安全運行。

編輯：黃飛

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