智能功率芯片的短路保護分析與設計.pdf

1、智能功率芯片(Smart Power ICs，SPIC)，具有體積小、功耗低、可靠性高等優(yōu)點，在高可靠性電力電子領域（如電機驅(qū)動、汽車電子）得到廣泛應用。由于功率器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)被集成在芯片內(nèi)部，IGBT短路引起的高壓大電流所導致的器件性能退化和失效，會對智能功率芯片的可靠性產(chǎn)生負面影響。因此，對智能功率驅(qū)動芯片中IGBT的短路保護設計具有重要意義。
　　本文在對S

2、PIC發(fā)生短路故障的類型以及短路故障導致SPIC失效機理的深入研究基礎上，詳細分析了傳統(tǒng)的IGBT短路保護技術的不足。研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的保護技術由于對IGBT短路檢測和處理響應時間長的缺點，會使得IGBT長時間受高壓大電流的影響，導致IGBT器件失效。本文提出了一種基于柵極瞬態(tài)行為檢測的短路保護電路，通過分別檢測IGBT導通過程的密勒平臺和柵極過沖來分別判斷IGBT發(fā)生硬短路(Hard Switching Fault，HSF)和軟短路（F

3、ault Under Load，F(xiàn)UL），能快速、可靠地對IGBT短路故障進行檢測處理，進而提高了智能功率芯片的可靠性。
　　本文提出的柵極瞬態(tài)行為檢測的短路保護電路基于600V0.5μm SOI-BCI工藝進行流片。測試結果表明HSF短路檢測的時間為150ns@1A，F(xiàn)UL短路檢測的時間為130ns@1A，短路處理電路的關斷時間為360ns@3.5A，短路時的軟關端di/dt＜95A/μs，整體短路檢測處理響應時間低于550ns