SiC MOSFET学习笔记1：短路保护时间

IGBT和MOSFET有一定的短路承受能力，也就是说，在一定的短路耐受时间（short circuit withstand time SCWT），只要器件短路时间不超过这个SCWT，器件基本上是安全的。

比如英飞凌这个820A的模块，在5-6倍短路电流常温条件下，即使期间短路，只要在6us内关断，芯片就不会损坏。那么对于驱动来说，越早启动检测，越早把器件关掉，就越安全。

那么，驱动是怎么知道器件短路了呢？有很多方法，比如检测漏级电流，检查压降等等，一般来说，用得比较普遍的是退饱和电压检测，短路状态是非正常的工作状态，器件此时已经退出了饱和区，这时器件的漏源两端的压降会异常的高（母线电压数百伏的话器件两端的压降通常都到了几十伏以上），直接检测电压就好了

如上图，如果器件正常导通，那么Vds通常只有0-5V（以比亚迪SiC模块的情况举例840A电流最高温度下导通阻抗4.7mΩ，压降3.948V），如果Vds超过这个值很多，无疑说明器件没有工作在正常工作区，很有可能电流已经超出额定电流。

那么驱动是如何检测Vds的呢？

这张图展示了desat保护电路的原理，当MOSFET1（M1）正常工作时，其漏源两端电压Vds很低，对于二极管Ddesat而言，左边低右边高（右边有个电流源），于是Ddesat导通，因此采样电容Cbl（也叫消影电容）上端电位约等于M1漏级电位，Cbl两端约等于功率器件漏源极两端电压，如果过流或者短路发生，器件M1漏源极电压Vds也相应抬升，二极管Ddesat左边电位升高，于是Ddesat被阻断，此时电流流入Cbl，也就是开始给采样电容Cbl充电，Cbl两端电压开始线性上升，我们看到Cbl同时也接到了一个比较器，比较器设置了一个参考电压Vdesat-th（也叫desat阈值电压，一般可设为7V左右），如果Cbl两端电压超过这个参考电压，比较器翻转，输出故障信号，触发驱动器关闭输出，即把栅极Vgs降下来，器件开始关断。这个过程就是短路保护的原理。

从这个过程可以看出，这个触发短路保护的关键因素就是Cbl的充电，那么这段时间可以计算出来（高中物理知识）

V=1/C*Q=1/C*I*t

即Vdesat-th=1/CblIcht，即参考电压=1/采样电容值×电流源电流×充电时间（也叫消影时间），那么得出消影时间Tblk（Blanking Time），如下图

其实在电容充电之前，还有一段时间，也就是器件开通了但是DESAT脚电压没有变化的那一段，这段很奇怪，明明器件已经开通一段时间了，照理说Vds也应该抬升了，DESAT脚电压应该开始上升才对，其实这段时间我们管它叫前沿消影时间Leading Edge Blanking time（是指目标采样信号刚开始可能会有一个尖峰，而我们并不希望采集它，于是可以设置一个前沿消隐时间把它忽略掉）如下图