【ipm内部保护怎么修】DIP25系列IPM短路测试及过流保护分析

本文通过访问DIP25系列IPM，查看强大的心脏IGBT，了解短路测试方法、短路容量和过电流保护设置，使工程师朋友在应用中使用更加方便。

1.短路测试

对于电机控制系统来说，一个重要的要求是负载短路时可以安全地切断。也就是说，当负载短路时，集电极的电流会迅速上升到极限输出，在此条件下，部件可以安全中断，系统可以得到稳定的保护。另一方面，IGBT在短路期间能承受的电压和电流应力非常大，因此短路可能被认为是系统最坏的情况之一。

下图显示了斯威士兰DIP25系列IPM短路电流和容量测试的示意图。具体的测试方法如下：

图1短路测试电路图

以w相上方为例。

DIP25模块CSC接地允许/SDW中的5.1k至5V、VCC连接15V、INWL接地或悬空状态、VPN连接400V高压源、W上下方IGBT段落，即W和NW用粗短线短路。INWH接入信号发生器，单脉冲输出，振幅5V，脉冲宽度2us设置为：示波器电流探头连接IC，高压探头连接P和W端口，普通探头连接INWH和COM，调整范围，设置INWH信号上升边缘触发器。信号发生器触发输出后，可以得到模块W相上部短路电流波形。继续增加INWH脉冲宽度，直到IGBT损坏为止，可以获得W相上方IGBT的短路容量。

TC=125C，VPN=400 v，VCC=16 . 5 v，测量波形如下：可以承受6uS。

图2短路试验测量波形

注意事项：

1)注意测试平台的高压侧线长度和宽度，注意粗短路径长度。这是因为它影响短路杂散电感和电路阻抗，从而影响短路电流测试值，也影响电路结束时电压尖峰的大小。

2)测试高侧时，VCC通过引导二极管供电，实际测试时可以适当增加电压，以补偿二极管压降。

3)Csc段旨在阻止IPM模块的过电流保护，测试U和V时，Csc不需要接地。

4)在施加高压力之前，必须调试微弱的电信号，信号输出与预设时间一致，信号发生器必须调整到触发输出模式，以防止电力损坏模块。

5)示波器同时捕获VIN、VCE、ICE波形。

6)PN电压先添加50V，确认波形正常，然后400V中选择另一种天花板类型。

7)拆卸模块时，首先注意PN放电，以免人体接触后没电。

8)短路容量测试IPM模块可能过热，请注意阻塞。

9)确保测试的环境和模块温度在IPM模块规格表要求范围内。

10)短路电流下降是由接合温度上升引起的。

经测试获得SDM06C60TA2的SCSOA曲线为Tc=125 C、VPN=400V。

曲线下的灰度区域是安全的工作区。

图3 SDM06C60TA2 SCSOA曲线

2.过流保护设计建议

DIP25系列IGBT过流保护计时大致如下：短路、电流上升、CSC电压上升、t1是CSC的RC滤波时间

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图4 过流简易时序

图5 VFO端口连接图

VFO端口外围连接如图5所示，为保证模块发生过流保护时的可靠性，考虑到IPM的安全工作区，这里需要对保护响应时间有所要求，即从发生过流到FO拉低的总时间要小于3us，该时间主要有2段组成：

1.CSC的RC延迟时间，小于1.5us；

2.VFO放电时间，小于1.5us。

条件1小于1.5us，通过RC参数设置，建议Ccsc为1nF，Rcsc为1.5KΩ；

这里重点考虑VFO的放电时间的设置，出现过流保护时，VFO开漏NMOS打开，VFO电压开始下降，有VFO滤波电容对NMOS放电，放电时间取决于滤波电容的大小（NMOS等效电阻为50Ω），当VFO电压低于1.3V（典型值）时，模块输出才会安全关断。

出现保护故障输出，内部NMOS导通，C1通过NMOS放电，此时该端口电压为（理想情况下，公式暂不考虑内部恒流源放电）：

VFO=V0 +(V1-V0)× [1-e(-t/RC1)]——（公式1）

这里V0为出现保护前的VFO端口电压，V1为VFO端口能放电到的最低电压（通常取0.1V），VFO为t时刻电压（保护时刻取VFO为使能关断最小值0.8V），R为NMOS等效电阻取50Ω。代入公式1换算得到：

t=RC1 × ln[(V1 - V0)/(V1 -VFO)]=50Ω×C1 ×ln[ - V0)/– 0.8)]<1.5us

得到

C1<1.5/(50 ×ln[ - V0])——（公式2）

Tc=25℃下，VO与上拉电阻关系如下：

VO=VDD-0.11*R1——（公式3）

代入公式2，得到C1与上拉电阻R1的关系如下：

C1<1.5/(50 ×ln[ - *R1) ]) ——（公式4）

例如：VDD=5V，上拉6.8K，温度25°C，则V0=4.25V，得到C1＜16.85nF

图6 VFO滤波电容与上拉电阻关系

为保证短路保护的可靠性，留足够的余量，这里建议统一滤波电容取值为2nF。

注意事项：

1）为防止地线电压波动导致VFO容易被误触发使能关断模块输出，VFO管脚的滤波电容应尽可能靠近管脚放置；

2）尽量在MCU的AD管脚处也放置一个1nF电容，以免走线过长导致的电压波动；

3）根据整机应用实测情况，合理调整VFO滤波电容大小。