【经验】基于隔离器检测功能脚DSAT的误报警延时检测网络

时间： 2019-07-04 来源：世强

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SILICON LABS（芯科科技）推出ISOdriver产品系列的新成员Si828x隔离栅极驱动器系列产品，其设计旨在保护电源逆变器和电机驱动应用中敏感的绝缘栅双极晶体管（IGBT）。新型Si828x ISOdriver系列产品提供了工业级的隔离等级（5kVrms）和最佳的特性集成：包括可选的DC-DC转换器、业内最快的去饱和检测、良好的定时特性以及卓越的噪声和瞬变抑制能力。

在Silicon Labs隔离驱动器中一个十分重要的检测功能脚DSAT，由此pin构成一个内部去饱和电路（如图1所示），为IGBT或者MOSEF在过流时做的一个错误反馈通知给处理器，同时还触发软关断来将IGBT或者MOSFET做关断动作，从而保护IGBT或者MOSFET因为过热而损坏。在实际应用中很多工程师对这个电路不是很了解，导致参数设置不合理，致使整个系统工作时过于敏感或迟钝，而给客户造成困扰。

图1：Si8285内部去饱和电路图

工程师们都清楚误报警的一个主要原因就是过流时VCE急剧上升。本文主要讨论由Cdlank、Rdesat及Ddesat构成的一个延时检测网络。该延时检测网络可以使整个电路不会太敏感，亦不会因电流过大烧毁IGBT而不报警。

图2：Si828x的波形时序图

由图2，我们可以大致了解门极开关波形图，也对Si828x的工作原理有了认识，现在主要来探讨其DSAT脚的电路设计。先看如下图3所示的电路图，在该电路中串联一个快恢复二极管和一个zener二极管以改变Vdesat电平阀值。Rdesat在电路中作限流吸反向毛刺，不仅对blank的时间没有任何影响，还会有个Cblank电容并联在VE和DESAT之间。

图3：DESAT电路图

对于blanking的电路目前有两种，本文主要讲是第一种，即图3电路。这个电路的基本原理是：当开启IGBT时，VCE电压低于DESAT的阀值电压，有一段时间这个检测电路是不工作的。这个空隙时间就是所谓的去饱和blanking时间。在IGBT正常开通后，检测到VCE还是低于DESAT的阈值电压时，该电路不启动，当VCE高于DESAT的阈值电压时，内部DESAT的Ichg 250uA的恒流源对外部Cblank充电，也会有一段时间为blanking时间。这个时间长短可以由Cblank来调整，当内部的电压高于Vdesat时，就会输出一个Fault电平。

当芯片输出脚输出低电平的时候，Cblank对外放电，当输出为高电平的时候DESAT电路又开始处于准备检测状态，如果外部电压超过Vdesat时并且超过banking时间后，这个电路开始工作同时会使Fault脚输出低电平报故障。周而复始的进行。

Blanking时间和电容的关系：tBlanking = CBI ×VDESAT/Ichg。

一般推荐电容为100pF，blanking时间为2.6us。这里VDESAT（新的阈值电压）= Vdesat – n×VF，这里的n是串联快恢复二极管的个数，Vdesa=7是内部阈值电压，一般是7V。
当串联zener二极管的时候VDESAT（新的阈值电压）= Vdesat – n×VF - VZ,这里的VZ是zener二极管的反向电压。Rdesat是对电路的blanking时间没影响的，它只起到限流作用，防止反向的电压毛刺传进来将DESAT脚打坏。

总结：

当变频器或者逆变器在用到带附加功能的单管隔离驱动中时，要想获得比较稳健的保护机制，必须在去饱和设计上做好设计，一方面可以在开机瞬间不会出现误报警，一方面在电流过大时不至于出现响应速度过慢。

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