【经验】高压隔离驱动芯片实现IGBT的过流短路保护

时间： 2018-06-25 来源：世强

大功率变频器运行时，桥臂直通会导致IGBT模块电流迅速变大造成短路和过流，模块内部热量迅速累积无法释放，最终导致IGBT损坏。很多设计师在设计IGBT的驱动电路时，都会遇到IGBT的保护功能上的困难问题：怎么能更好实现IGBT的过流短路保护，防止IGBT损坏。

本文以笔者的轨道交通大功率变频器设计项目为例，项目中采用PI公司的高压隔离驱动芯片 2SC0435T2F0-17进行IGBT的开通和关断，并进行IGBT的过流保护。高压隔离驱动芯片2SC0435T2F0-17实现IGBT的过流保护的基本原理是：检测IGBT运行过程的退饱和状态，检测IGBT的过流状态，实时对其进行检测和保护。

图1隔离驱动芯片2SC0435T2F0-17工作示意图

在笔者设计的轨道交通大功率变频器设计项目中，牵引逆变器主电路直流母线电压为750V，驱动板要具有IGBT短路过流保护功能。PI公司的高压隔离驱动芯片2SC0435T2F0-17可驱动3600A/1700V以下的所有常见IGBT模块，项目中直流母线电压是750V的，选用功率器件IGBT必须满足2倍母线电压以上，以免电压尖峰损坏IGBT，因此选用2SC0435T2F0-17驱动核正合适。

图2隔离驱动芯片工作原理图

下面根据轨道交通大功率变频器设计项目，进行隔离驱动芯片2SC0435T2F0-17实现IGBT过流保护的工作原理说明，如图2所示。电路图中的Gate2、Emitter2、Collector2分别与IGBT的门级、发射极和集电极相连；驱动核的VISO2引脚通过二极管D62和电阻Rvce2实现IGBT的CE极管压降检测，从而实现退饱和过流保护功能。

图3驱动芯片过流保护工作曲线图

2SC0435T2F0-17内部的MOSFET将Vce连接到COM，电流通过过二极管D62和电阻Rvce2流向VISO2，电阻串起到限流作用。建议设置Rvce2的电阻值，使得流过Rvce2的电流大约为0.6~0.8mA，即：

I=（VCE-VISO2）/Rvce2

根据轨道交通大功率变频器设计项目IGBT母线电压VCE为750V，VISO2电压为15V，电流I选择为0.8mA，选择电阻Rvce2阻值为0.9MΩ。

轨道交通大功率变频器设计项目的驱动板过流保护工作过程为：

1）当IGBT关断时，IGBT的C集电流通过电阻Rvce2和二极管D62流向VISO2，电阻串起到限流作用，短路检测电路不起作用；

2）当IGBT导通时，内部的MOSFET关闭，IGBT的CE电压为饱和压降VCE，限流电阻Rvce2和二极管D62无电流通过，IGBT正常工作；

3）当IGBT短路过流时，IGBT退出饱和区，VCE电压快速上升到直流母线电压，驱动核VISO2检测到电阻Rvce2和二极管D62上的过电流，判定为过流短路故障，内部比较器动作进行封锁脉冲，保护IGBT。

图4驱动芯片过流保护测试原理图

图5驱动芯片过流保护测试实物图

轨道交通大功率变频器设计项目中，驱动芯片测试原理和实物如图4和图5所示，驱动电路通过隔离驱动芯片2SC0435T2F0-17进行短路过流保护，驱动电路实时检测IGBT的CE极间压降变化，从而实现了IGBT的短路过流保护，避免出现过流引起的IGBT故障，大大提高了系统的稳定性。而且PI公司的驱动芯片设计紧凑，可靠性高，非常适合大功率变频器和逆变器使用。

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全部评论（2）

大虫子 Lv7. 资深专家 2021-07-22

了解了
serena Lv7. 资深专家 2018-08-29

防护电路很重要了

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型号- 2SK2225-80-E,TFLEX HD300,CMS-R010-1.0,U9507C,TPCM 780,10-FZ074PA0XXSM-LXXXF08,SPFJ160,PS9402,BVE-A-R002-1.0,MLX91208,10-FZ07ANAXXSM-LE2XL08,PS9031,LSIC2SD120E30CC,SI8235BD-D-IS,SI8233BD-D-IS,10-FZ071SA050SM02-L524L18,KSU60D60N,92ML,10-FZ07ANA75SM-LE28L08,10-FZ07ANA150SM-LE20L08,0505030.MX52LEP,RC12-6-01LS,10-FY074PA100SM-L583F08,10-FZ071SA100SM02-L526L18,SMBJ18CA,ADP32F12A,PS9531L3,10-FZ071SA075SM02-L525L18,RBN75H65T1GPQ-A0,C4D30120D,KSF60F60B,SID1152K,SI8621BD-B-IS,10-FZ07ANA100SM-LE29L08,10-FZ074PA050SM-L624F08,10-FZ074PA075SM-L625F08,SGM2019

ISABELLENHUETTE,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,ADVANCECHIP,RENESAS,VINCOTECH,II-VI MARLOW,WOLFSPEED,LONGSUNG,KYOCERA,PI,ROGERS,MELEXIS,SGMICRO - 优选器件方案 - V1.1

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型号- SI86XX,A0-VP122PA450M7-L758F70,SID11X2,SMBJ,SMAJ,SMDJ,FT05MHNR,SMCJ,TFLEX HD700,TGARD500,SMF

VINCOTECH,LITTELFUSE,PI,LAIRD,SILICON LABS,FIRECOMMS - 优选器件方案 - V1.0

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型号- TNY280,SI8921BD,2SK2225-80-E,10-EY126PA100M7-L198F78T,AAP6011A,0505025.MX52LEP,SGM8270,TOP268,SMBJ18CA,10-EY126PA075M7-L197F78T,PS9402,SGM601,SI8931,SGM2036-ADJYC5G,R7S910035,TFLEX™ HD300,SI8380P,SMT-R0068-1.0,SI8261BCC,MGV,EFM8BB3,SI894,TFLEX HD700

ISABELLENHUETTE,RENESAS,VINCOTECH,LITTELFUSE,PI,LAIRD,SILICON LABS,SGMICRO - 优选器件方案 - V1.0

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型号- TNY280,2SK2225-80-E,0505025.MX52LEP,SI838,SGM2036-ADJYC5G/TR,TOP268,SMBJ18CA,V23990-P865-F49-PM,D45XT80,SI8261,PS9402,SGM601,SI8931,SI8921,R7S910035,RJH60F5DPQ-A0,SMT-R0068-1.0,SI894,TFLEX HD700

ISABELLENHUETTE,RENESAS,VINCOTECH,SHINDENGEN,LITTELFUSE,PI,LAIRD,SILICON LABS,SGMICRO - 优选器件方案 - V1.0

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SCALE™-2+栅极驱动器内核2SC0435T

型号- 2SC0435,2SC0435T

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型号- SID1102K,2SP0430T2A,2SP0115T2AX-XX,2SP0430T2B,1SC0450E2B0-45,2SC0435T2H0C-17,1SP0635,MBC61-XXX-0,2SP0115T2B0C-XXXX,SID1182KQ-TL,2412Z,SID1151K-TL,MBC41-XXX-0,2SC0635T,2SD300C17A2C,1SC0450,SID1181K,1SC0450E2B0C-XX,1SP0335S2M1-XX,2SC0435T2G1-17,2SC0535T2XX-33,2SD300C17A3C,2SC0108T2F1C-17,2SC0108T2D0-XX,SIT12XXI,1SP0335X2MX,1SC0450E2B0-65,SID1112K,RDHP-1702,2SC0106T2A1C-12,2SP0320T2,SID1112K-TL,2SP0320T2D0-17,SIT1253I,2SP0320T2D0-12,1SP0335D2S1C-XXXX,2SP0115T2C0-XX,SID1183K-TL,2SC0535T2A1-33,1SP0635D2S1-XX,2SC0535T2G0-33,2SC0650P2A0-17,2SP0115T2BX-XX,2SP0320V2,1SP0635S2M1C-XXXX,5SNA1200E330100,2SC0650P2C0-17,SID1181KQ,SIC1182K-TL,2SC0108T2F1-17,2SC0435T2F1-17,SID1132KQ,2522ETZ,HFBR1412Z,ISO5125I,2SP0320V2XX,SID11X2K,1SP0335,SIC1181KQ-TL,1SP0635X2MX,1SP0340V2M0-XX,HFBR-2412Z,SID11X1K,SID1182KQ,SID1183K,2SC0108T2H0C-17,2SC0435T2F1C-17,SID1152K-TL,2SP0320X2,2SP0320V2A0-XX,2SP0320T2A0,SIT1217I,2SP0320T2C0-17,SID1182K,2SC0535T,ISO5125I-XX,SIC1182KQ,DIC20,1522ETZ,2SP0320T2C0-12,1SP0340D2S0-XX,2SP0320,RDHP-1521,1SP0351V2B,1SP0351V2A,2SP0115T2A0C-XXXX,RDHP-1526,1SP0351V2D,2SC0435T2XX-17,1SP0351V2C,1SC0450V2B0C-XX,2SP0115T2C0C-XXXX,1SP0635V2M1C-XXXX,2SP0320V2D0-17,2SC0106T,2SP0115T2CX-XX,SID1181KQ-TL,2SP0320V2D0-12,2SP0320T2A0-XX,SIC1182K,RDHP-1531,1SC0450V,RDHP-1532,2SP0320T2C0,RDHP-1415,SID1102K-TL,2SC0535T2G0C-33,1SP0335V2M1C-XXXX,1SC0450E,2SC0650P2X0-17,1SP0351V,SID1152K,1SP0340V2M0,1SP0340,SIC1181KQ,2SC0650P,2SC0115T2A0-12,MBCON-6-1-0,2SC0108T2G0C-17,RDHP-1423,1SP0635V2MX,RDHP-1424,2SP0115T2C0,1SP0635S2M1-XX,2SP0320T2D0,1SP0335V2M1-XX,2SD300C17,2SP0430T2A0C-XX,MBC31-100-0,1SP0635V2,1SP0351V2,SID1181K-TL,2SP0115T2B0,HFBR 2522ETZ,2SC0535T2A1C-33,2SC0108T,SID1151K,2SC0435T,2SC0108T2D0-12,2SC0108T2H0-17,2SC0106T2A1-12,2SP0430T2XX,2SC0435T2H0-17,SIC1182KQ-TL,2SP0115T2D0,ISO5125I-XX XX,2SP0115T2A0-XX,2SC0435T2G1C-17,1SP0351V2A0C-XX,1SP0635D2SX,2SP0430T,2SC0108T2D0C-12,1SP0335S2M1C-XXXX,1SP0351V2D0C-XX,1412Z,2SP0320S2XX,SIC118XKQ,SID11XXKQ,2SP0320T2A0C-XXXX,2SP0320V2AX-XXXX,RDHP-1608,2SD300C17A3,2SD300C17A2,1SP0340V2,1SP0335D2S1-XX,2SP0115T2A0,2MBI900VXA-120E-50,SID1132K-TL,1SC0450V2B0-65,1SP0635SMX,2SP0115T,SID1132K,HFBR-2522ETZ,1SC0450V2,1SP0335D2SX,1SP0635V2M1-XX,1SP0351V2B0C-XX,SID1132KQ-TL,2SC0108T2G0-17,1SC0450E2,1SP0351V2C0C-XX,2SC0115T2A0C-12,FZ1200R45HL3,1SC2060P,1SC2060P2A0-17,SID1182K-TL,HFBR-1522ETZ,2SP0115T2B0-XX,2SC0635T2A1-45,2SP0430T2B0C-XX,RDHP-1517,2SP0115T2DX-XX,RDHP-1516,1SP0335V2MX,1SC0450V2B0-45,2SC0115T,2SP0320T2XX

2020年 - PI - 选型指南

2BB0435T目标描述和应用手册

型号- 2BB0435T2A0-12,2BB0435T2A0-06,2BB0435T2A0-17,2SC0435T,2BB0435T

2013-02-05 - PI - 应用笔记或设计指南 - Version 2.0

在设计高压SVG功率单元时，IGBT模块驱动使用PI IDriver系列SID11x2驱动芯片，为实现IGBT退饱和压降检测功能，需要实时检测Vce管脚压降，请问IDriver芯片如何实现该功能？

在高压、大电流IGBT模块应用环境中，Vce退饱和压降检测功能是必须的。在PI的IDriver系列芯片中集成了比较器，设置了比较电平为7.8V固定值，当IGBT发生退饱和现象后，在Vce压降上升至7.8V后，内部电平发生反转，关断门极驱动电平，保护IGBT不被损坏。

2017-07-02 - 技术问答

InnoSwitch3产品系列应用指南

描述- 本文档为InnoSwitch3产品系列设计指南，介绍了该系列隔离式、高安全等级芯片的设计要点。InnoSwitch3集成了高压功率MOSFET开关、控制器、高速磁耦合通信技术和同步整流驱动器。指南详细阐述了InnoSwitch3的基本电路配置、设计步骤、变压器结构参数、初级和次级元件选择、多路输出参数设置以及公差分析等内容，旨在帮助工程师快速设计出满足各种负载条件的电源。

型号- INN3167C,INN3672C,B-EE10-H,INN3163C,INN3676C,INN3XX3C,B-RM10-V,INN3XX7C,B-EE16-H,PC47EE25-Z,AO4296,AO4292,INN3162C,AO4294,AOD2916,INN31X5,INN3168C,INN3164C,INN3673C,PC95RM06Z,INN3XX2C,INN3677C,INN3XX6C,B-EE22-H,INN3168C-H101,B-RM08-V,AOD296A,AON7254,B-RM06-V,PC47EE10-Z,AON6244,AO4264,AO4260,PC47EE16-Z,AON7292,PC95RM10Z,AOD2544,INN3XX5C,INN3672C-H602,INN3165C,INN3674C,PC95RM05Z,B-EE19-H,B-EE30-H,B-EE13-H,PC47EE22-Z,AON7246,B-EE25-H,INN3675C,PC95RM08Z,AOD2910,INN3XX4C,INN3166C,INN3XX8C,PC47EE30-Z,AOD294A,B-RM05-V,AON6266,PC47EE13-Z,PC47EE19-Z

2018年10月 - PI - 应用及方案 - Rev. A

【应用】Power Integrations高性能隔离驱动器SID1182K在10kV高压变频器中的应用

为了满足1000V直流母线的电气隔离功能，对隔离驱动芯片的绝缘耐压和电气间隙提出了很高的要求。Power Integrations推出的高性能隔离驱动SID1182K具有加强绝缘性能，在芯片内原副方电路之间填充固体绝缘材料，绝缘性能稳定且使用寿命长久。

2019-01-28 - 应用方案

【方案】低成本1kW伺服驱动器优选器件方案

描述- 本方案通过采用二氧化硅材料和横向叠放CMOS 集成电容技术的电容隔离驱动芯片，及其它相关器件，在保证产品性能的同时，可有效降低产品整体设计成本，提升产品竞争力。

型号- 2SK2225-80-E,SGM46000,92ML,SMBJ,SMAJ,SMDJ,SMCJ,1812L,D30XT80,SI8660,TOP26X,TGARD500,SMF,SI8261,SC 3.81,SI838X,30R,R7S910035,MLX91210,60R,BC 3.81,2920L,SGM2019

RENESAS,WEIDMUELLER,SHINDENGEN,LITTELFUSE,PI,LAIRD,ROGERS,SILICON LABS,MELEXIS,SGMICRO - 优选器件方案