IGBT｜應用篇
IGBT IPM：保護功能和工作時序 IGBT IPM控制電源欠壓誤動作防止功能（UVLO）
2025.07.09
重點
・控制電源電壓欠壓誤動作防止電路（UVLO），在控制電源電壓下降到規定電壓以下時會啟動。
・雖然HVIC（High Side Gate Driver）和LVIC（Low Side Gate Driver）中均配備了UVLO電路，但FO訊號（錯誤輸出）僅在LVIC的UVLO啟動時輸出。
本文將探討第二個主題，通常被簡稱為“UVLO”、一種可防止控制電源欠壓時發生誤動作的功能。
- • 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）
控制電源欠壓誤動作防止功能（UVLO）
如果控制電源電壓降低，IGBT的閘極電壓也會降低，可導致IGBT性能下降等問題，因此需要在推薦電源電壓範圍內使用相關產品。當控制電源電壓下降到規定的電壓以下時，控制電源欠壓誤動作防止電路（UVLO：Under Voltage Lock Out，欠壓鎖定）就會啟動。
HVIC（High Side Gate Driver）的浮動電源VBS和LVIC（Low Side Gate Driver）的控制電源VCC均配備了UVLO電路，但FO訊號（錯誤輸出）僅在LVIC的UVLO啟動時輸出。下表中列出了各控制電源電壓範圍內的IPM工作狀態。
| 控制電源電壓範圍[V]（VCC、VBS） | 工作狀態 |
|---|---|
| 0～4.0 | 這不是HVIC和LVIC的正常工作電壓範圍，因此無法保證UVLO和FO訊號輸出等各種保護功能的工作。由於外部雜訊干擾等可能會導致IGBT誤導通，因此不可在打開控制電源之前啟動DC-LINK電壓。 |
| 4.0～VCCUVR(VCC)、VBSUVR(VBS) | UVLO工作並輸出FO訊號。 |
| VCCUVR～13.5(VCC) VBSUVR～13.0(VBS) |
雖然執行開關工作，但由於超出了推薦的工作電壓範圍，因此VCESAT和開關損耗可能會增加，接面溫度可能會升高。 |
| 13.5～16.5(VCC) 13.0～18.5(VBS) |
在推薦的工作電壓範圍內，正常工作。 |
| 16.5～20.0(VCC) 18.5～20.0(VBS) |
雖然執行開關工作，但由於超出了推薦的工作電壓範圍，因此開關速度很快，雜訊增加。另外，短路耐受時間不足，有損壞的可能性。 |
| 20.0～ | HVIC和LVIC均有損壞的可能性。如果有可能超出額定值，建議配置約1W的齊納二極體（20～22V）。 |
LVCC控制電源欠壓誤動作防止功能的工作時序（配備於LVIC）
下面是配備於LVIC側的LVCC控制電源欠壓誤動作防止功能的工作時序和時序圖。b1～b8的工作說明是時序圖中對應編號處的動作。
- b1：LVCC上升，在VCCUVR處釋放，在下一個LIN上升沿開始工作（透過LIN對各相輸入，各相恢復正常狀態）
- b2：正常工作過程中，IGBT導通時流過輸出電流Ic
- b3：當LVCC下降到低於VCCUVT時，保護功能啟動
- b4：關斷下側橋臂各相的IGBT（無論LIN輸入如何都關斷）
- b5：當FO輸出（90µs Min）、UVLO=H期間在90μs以內時。如果UVLO=H期間在90μs以上，在UVLO=H期間（直到LVCC恢復所需的時間段）輸出FO（FO=L）
- b6：當LVCC恢復時，在VCCUVR處釋放
- b7：即使在LIN=H（虛線）時被釋放，直到下一個LIN上升沿IGBT仍保持關斷狀態
- b8：正常工作。IGBT導通，流過輸出電流Ic
VBS控制電源欠壓誤動作防止功能的工作時序（配備於HVIC）
接下來，我們來看配備於HVIC側的VBS控制電源欠壓誤動作防止功能的工作時序和時序圖。同樣，c1～c7的工作說明是時序圖中對應編號處的動作。
- c1：VBS上升，在VBSUVR處被釋放，在下一個HIN上升沿開始工作
- c2：正常工作過程中，IGBT導通，流過輸出電流Ic
- c3：當VBS下降到低於VBSUVT時，保護功能啟動
- c4：僅相關相的IGBT關斷（無論HIN輸入如何都關斷），FO不輸出（保持H）
- c5：當VBS恢復時，在VBSUVR處釋放
- c6：即使在HIN=H（虛線）時被釋放，直到下一個HIN上升沿IGBT仍保持關斷狀態
- c7：正常工作。IGBT導通，流過輸出電流Ic
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