IGBT｜應用篇

IGBT IPM：保護功能和工作時序 IGBT IPM的短路電流保護功能（SCP）

2025.07.09

重點

・短路電流保護功能（SCP）是透過在IPM外部連接分流電阻並將電阻產生的電壓回饋至CIN引腳電路的功能。

・CIN引腳需要用RC濾波器來防止誤動作。

・短路電流保護僅作用於下橋臂。

・當短路電流保護功能啟動時，需要立即停止運行，避免異常狀態。

・分流電阻值和RC濾波器的時間常數先根據所提供的公式參考推薦值進行設置，最終需要在實際應用產品上確認工作情況後來決定。

目錄

我們先從第一個項目“IGBT IPM的短路電流保護功能”開始。

  • ・ 短路電流保護功能（SCP）
  • ・ 控制電源欠壓誤動作防止功能（UVLO）
  • ・ 熱關斷保護功能 （TSD）*僅限BM6337xS
  • ・ 類比溫度輸出功能（VOT）
  • ・ 錯誤輸出功能（FO）
  • ・ 控制輸入（HINU、HINV、HINW、LINU、LINV、LINW）

IGBT IPM的短路電流保護功能（SCP）

透過在IPM外部連接分流電阻（電流檢測用電阻），並將該電阻產生的電壓回饋至CIN引腳，可實現短路電流保護（SCP：Short Circuit Protection）。當保護工作啟動時，會關斷下側橋臂各相IGBT，並輸出FO訊號。為防止開關過程中的反向恢復電流和雜訊引起誤動作，需要在CIN引腳輸入端安裝RC濾波器（下圖虛線橢圓中的R2和C9）。推薦時間常數為1.0μs。

IGBT IPM的短路電流保護功能（SCP）

短路電流保護功能的工作時序（透過外接分流電阻和RC時間常數電路實現保護）

下面是短路電流保護功能（SCP）的工作時序和時序圖。a1～a9的工作說明是時序圖中對應編號處的動作。

  1. a1：正常工作過程中，IGBT導通時流過輸出電流Ic
  2. a2：過流檢測（SCP）觸發器。設置合適的關斷時間，透過RC時間常數設置實現在2μs以內（建議1.0μs）關斷電流
  3. a3：關斷下側橋臂各相的閘極（緩關斷）
  4. a4：關斷下側橋臂各相的IGBT
  5. a5：當FO輸出（45µs Min）、SCP=H在45μs以內時。如果SCP=H在45μs以上，在SCP=H期間輸出FO（FO＝L）
  6. a6：LIN=L
  7. A7：即使LIN=H，在SCP=H期間IGBT也會關斷
  8. a8：FO輸出結束（返回H）。即使在LIN=H（虛線）、SCP從H變為L時，直到下一個LIN上升沿IGBT仍保持關斷狀態（透過LIN對各相輸入，各相恢復正常狀態）
  9. a9：正常工作。IGBT導通，流過輸出電流Ic

短路電流保護功能的工作時序（透過外接分流電阻和RC時間常數電路實現保護）

※注意事項

  • ・短路電流保護功能僅作用於下橋臂。
  • ・如果短路電流保護功能啟動，並發生錯誤輸出，需要立即停止運行，以免出現異常狀態。

短路保護的分流電阻值設置

本節將介紹前面的方塊圖中虛線圈出的“Shunt Resistor”（以下稱“分流電阻”）的電阻值設置方法。分流電阻值RSHUNT可利用以下公式，根據短路電流保護觸發電壓VSC和保護電流設置值ISCP進行設置。

考慮到分流電阻和VSC的變化（波動），需要將ISCP的最大值設置為小於或等於IGBT飽和電流最小值的值。IPM的短路保護推薦設置值為額定電流的2.7倍以下。

例如，對於BM63375S而言，使ISCP為54A（額定電流20A×2.7）時的設置方法如下。下表中列出了VSC的變化（波動）（Tj=25℃、VCC=15V）。

項目 符號 規格值 單位 條件
最小 標準 最大
短路電流保護觸發電壓 VSC 0.455 0.480 0.505 V

考慮到變化（波動），分流電阻值RSHUNT和短路電流保護設置值ISCP之間的關係如下：

根據(3)得出：

假設分流電阻的波動為±5%，則：

透過上面的計算可知，Tj=25℃、VCC=15V時ISCP的工作範圍如下表所示：

項目 最小 標準 最大
RSHUNT設置範圍 9.35mΩ 9.84mΩ 10.33mΩ
ISCP的工作範圍 44.0A 48.8A 54.0A

根據外部佈線的寄生電感和電容引起的諧振波形，有些情況下當電流低於設置值時，保護功能可能會啟動。最終還是需要基於在實際應用產品上進行的詳細評估來調整分流電阻值。

短路保護的RC時間常數設置

正如“IGBT IPM的短路電流保護功能（SCP）”一節中提到的，為了防止分流電阻產生的雜訊引發短路電流保護電路誤動作，需要在CIN引腳輸入端安裝RC濾波器（前面框圖中虛線橢圓圈出的R2和C9）。RC時間常數τ是根據雜訊施加時間和IGBT負載短路耐受時間來設置的。推薦值為τ=1.0μs。

分流電阻產生超過VSC電平的電壓後，到VSC電壓經由RC濾波器電路施加給CIN引腳的時間t1，可透過下面的公式來計算：

另外，從CIN引腳達到VSC電平後，到IGBT閘極關閉為止，需要如下所示的IPM內部延遲時間t2：

項目 最小 標準 最大
IPM內部延遲時間 – – 0.65µs

因此，從發生短路到IGBT閘極關閉的時間ttotal如下：

請透過實際應用產品進行詳細評估後，再確定能夠使ttotal在IGBT負載短路耐受時間範圍內的RC時間常數。

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