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驱动芯片退饱和保护(DESAT)应用指导

发布于 8/20/2026, 7:21:04 PM阅读 0回复 2普通交流

新能源汽车电驱系统可以看成一个高压、大电流、强开关噪声的功率转换系统,动力电池提供直流母线,逆变器把直流电转换成三相交流电,再由电机输出机械功率。

在各种故障里,功率模块短路最危险,短路发生时,功率器件两端同时承受较高电压和远高于额定值的电流,芯片内部瞬时功耗很大。

如果不能在 SOA(Safe Operating Area)内识别并关断,功率模块和电驱系统都可能被烧毁。

退饱和保护,也就是 DESAT保护,是通过检测功率管导通压降异常升高来判断短路,它不直接测电流,而是利用功率管的导通状态变化:正常导通时 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS} 较低,短路电流快速上升后,器件脱离正常低压导通区域,两端压降随之升高。

下面主要整理几个问题:

  • 短路能力应该看时间,还是看能量;
  • DESAT 电路如何在高压功率管两端做电压检测;
  • CBLKC_{BLK}、ICHGI_{CHG}、RLIMR_{LIM}、高压二极管和 deglitch filter 分别影响什么;
  • 固定阈值驱动芯片如何通过外围电路调试 DESAT 响应;
  • IGBT 和 SiC MOSFET 使用 DESAT 时有什么不同;
  • 如果芯片只有 OC pin,如何把 OC 功能扩展成类似 DESAT 的保护。

短路能力评估

功率模块的短路承受能力通常可以分成两类指标:短路时间和短路能量。

短路时间由两部分组成:

tSC=tDET+tOFFt_{SC}=t_{DET}+t_{OFF}

其中,tDETt_{DET} 是短路检测时间,tOFFt_{OFF} 是驱动芯片执行关断并让栅极电压下降到安全状态所需要的时间。

短路检测要同时保证两件事情:

  • 响应要快,否则功率模块中累积的短路能量会过大;
  • 抗扰要强,否则开通过程中的 dv/dtdv/dt、寄生电感振荡、二极管结电容耦合都会导致误触发。

因此短路检测时间不是由单一参数决定,而是由短路保护阈值、前沿消隐时间、滤波时间、CBLKC_{BLK} 电容、DESAT 充电电流、外部二极管寄生电容等因素共同决定。

短路关断时间则主要由关断策略决定,短路时电流等级很高,如果栅极被非常快地拉低,过大的 di/dtdi/dt 会通过功率回路寄生电感产生很大的电压过冲:

VOS=LLOOP⋅didtV_{OS}=L_{LOOP}\cdot \frac{di}{dt}

所以在短路时间和短路能量满足要求的前提下,驱动芯片通常会采用软关断或两级关断,检测要快,但关断不能只追求快。

实际上,只看“短路承受时间”并不总是最合适,功率器件失效的根本原因是短路期间芯片内部累积的能量和温升,短路能量更接近真实约束:

ESC=∫0tSCVCE/DS(t)⋅IC/D(t) dtE_{SC}=\int_0^{t_{SC}}V_{CE/DS}(t)\cdot I_{C/D}(t)\,dt

这里能解释两个常见现象:

  • 短路电流越大,允许的短路承受时间越短;
  • 直流母线电压越低,同样器件通常能承受更长短路时间;

从设计角度看,最终要确认的不是某个固定的 tSCt_{SC} 是否小于 datasheet 里给的典型值,而是在最坏母线电压、最高结温、最大短路电流和最差寄生参数下,功率器件是否还在 SOA 内。

DESAT 电路工作原理

短路保护方式大致分成电流检测和电压检测两类。

电流检测常见方式包括:

  • senseFET 或功率模块内部集成的电流比例输出;
  • shunt 电阻;
  • Rogowski coil 或电流互感器;
  • 通过驱动回路、栅极电荷等间接推断电流;

电压检测最典型的方式是 DESAT,很多功率模块没有集成 senseFET,额外串 shunt 又会增加损耗、成本和寄生电感,因此在 IGBT 和部分 SiC MOSFET 驱动中DESAT 很常见。

DESAT 的基本原理是:功率管正常导通时 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS} 很小,短路时电流快速上升,器件两端压降异常升高,驱动芯片通过 DESAT pin 判断这个压降是否超过阈值。

但是,功率管关断时两端可能承受几百伏甚至上千伏电压,驱动芯片的 DESAT pin 不可能直接接到功率管漏极/集电极,因此需要在功率管高压端和 DESAT pin 之间串入高压二极管 DHVD_{HV}。

下面以 IGBT 为例说明正常工作和发生短路时DESAT保护检测的工作状态过程:

正常导通时

IGBT 正常导通时,VCEV_{CE} 可能只有 2V 左右,芯片内部 DESAT 充电电流源 ICHGI_{CHG} 从 DESAT pin 流出,经过 RLIMR_{LIM} 和高压二极管 DHVD_{HV},最后流向 IGBT。

此时 DESAT pin 上的电压大概为:

VBLK≈VCE+n⋅VF+ICHG⋅RLIMV_{BLK}\approx V_{CE}+n\cdot V_F+I_{CHG}\cdot R_{LIM}

其中:

  • VCEV_{CE} 是 IGBT 正常导通压降;
  • VFV_F 是单个高压二极管的正向压降;
  • nn 是串联高压二极管数量;
  • RLIMR_{LIM} 是 DESAT 限流和阻尼电阻;
  • ICHGI_{CHG} 是驱动芯片内部或外部提供的 DESAT 充电电流;

只要这个电压低于芯片内部 DESAT 阈值,驱动芯片就认为功率管还在正常导通。

短路发生时

当短路发生时,VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS} 会快速升高,高压二极管 DHVD_{HV} 随之反偏,DESAT pin 到功率管高压端的电流路径被切断。

这时内部电流源 ICHGI_{CHG} 只有一条主要路径:给 CBLKC_{BLK} 电容充电。随着 CBLKC_{BLK} 电压升高,当 DESAT pin 电压超过芯片阈值,并且超过 deglitch filter 所需的持续时间后,驱动芯片触发短路保护。

理想情况下,消隐时间可以用下面的式子粗略估算:

tBLK≈VDESAT⋅CBLKICHGt_{BLK}\approx \frac{V_{DESAT}\cdot C_{BLK}}{I_{CHG}}

如果考虑正常导通时 CBLKC_{BLK} 上已经有一个初始电压,则更接近:

tBLK≈(VDESAT−VBLK,0)⋅CBLKICHGt_{BLK}\approx \frac{(V_{DESAT}-V_{BLK,0})\cdot C_{BLK}}{I_{CHG}}

这两个公式对应的设计含义很直接:CBLKC_{BLK} 越大,检测越慢,抗扰更强;ICHGI_{CHG} 越大,检测越快,对噪声和外围路径的要求也更高。

退饱和电路的关键组成和影响因素

DESAT 电路看起来简单,调试时却很少是改一个参数就结束,外围器件、驱动芯片内部参数、功率回路寄生参数和测试条件都会影响结果。

CBLKC_{BLK} 电容

对短路检测时间影响最大的外围器件通常是 CBLKC_{BLK},这个电容决定 DESAT pin 电压从正常导通状态上升到阈值需要多长时间。

其基本关系为:

tBLK=VDESAT⋅CBLKICHGt_{BLK}=\frac{V_{DESAT}\cdot C_{BLK}}{I_{CHG}}

在实际系统中,CBLKC_{BLK} 不能只按响应速度往小取,DESAT pin 附近是高阻、低电流的模拟检测节点,很容易被功率级的 dv/dtdv/dt 通过高压二极管结电容耦合干扰。

通常可以先把 CBLKC_{BLK} 放在 33pF-330pF 的范围内做评估,对 SiC MOSFET 系统尤其要注意,SiC 开关速度快,dv/dtdv/dt 大,如果 CBLKC_{BLK} 太小,DESAT pin 上的瞬态耦合电压可能足以触发误保护。

高压二极管 DHVD_{HV}

高压二极管的作用有两个:

  • 功率管关断时隔离高压,保护 DESAT pin;
  • 功率管导通时把 DESAT pin 的检测电压钳到 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS} 附近。

高压二极管选型时主要看:

  • 反向耐压是否满足母线电压和瞬态过冲;
  • 反向恢复是否足够快,避免关断/开通瞬间反向恢复电流造成误触发;
  • 结电容是否足够小,减小 dv/dtdv/dt 位移电流;
  • 高温漏电是否会明显改变 DESAT pin 状态;
  • 是否需要多个二极管串联来分压或降低等效结电容;

DESAT 误触发中很常见的一类问题,是高压二极管结电容把功率管高压端的 dv/dtdv/dt 耦合到 CBLKC_{BLK} 上。

正向 dv/dtdv/dt 可能给 DESAT 灌电流,负向 dv/dtdv/dt 可能从 DESAT 拉电流,这个现象在 SiC 系统中更明显。

RLIMR_{LIM} 电阻

RLIMR_{LIM} 位于 DESAT pin 和高压二极管之间,主要作用是限制瞬态电流、配合 CBLKC_{BLK} 形成滤波、抑制功率级耦合过来的振荡。

一般建议 RLIMR_{LIM} 设计在 500Ω-2kΩ 范围内,这个范围并不是绝对值,实际还要结合 DESAT 充电电流、高压二极管数量、芯片阈值、功率模块正常导通压降和系统噪声来确定。

RLIMR_{LIM} 上的压降会进入保护阈值计算:

VRLIM=ICHG⋅RLIMV_{R_{LIM}}=I_{CHG}\cdot R_{LIM}

如果 ICHG=500μAI_{CHG}=500\mu A,RLIM=1kΩR_{LIM}=1k\Omega,那么 RLIMR_{LIM} 上就有约 0.5V 压降,这个数值不算小,不能在阈值计算里忽略。

DESAT 充电电流 ICHGI_{CHG}

DESAT 充电电流决定 CBLKC_{BLK} 的充电速度。

以 TI 驱动为例:

  • UCC21750-Q1 及部分 UCC217xx 系列中,DESAT 充电电流为固定值,典型为 500µA;
  • UCC5870-Q1 中,DESAT 充电电流可通过 SPI 配置,最高可到 1mA;
  • UCC5880-Q1 中,DESAT 充电电流可配置,最高可到 2mA。

在驱动输入为低或悬空时,DESAT pin 通常会被内部下拉电流源拉低,避免关断状态误触发,只有驱动输入变高,并经过前沿消隐时间之后,DESAT 充电电流源才开始给外部电容充电。

更大的 ICHGI_{CHG} 可以缩短短路检测时间,同时会带来两个影响:

  • 对 CBLKC_{BLK}、RLIMR_{LIM} 和高压二极管路径的阈值计算更敏感;
  • 如果外部又叠加上拉电流源,需要确认关断状态和消隐时间内内部下拉能力是否还足够。

DESAT 阈值和 deglitch filter

DESAT 阈值决定了驱动芯片认定短路的电压边界:

UCC21750-Q1 和 UCC21759-Q1 的 DESAT 阈值为 9V,更适合 IGBT 模块。

UCC21755-Q1 和 UCC21756-Q1 的 DESAT 阈值为 5V,更适合 SiC MOSFET。

UCC5870-Q1 和 UCC5880-Q1 这类带 SPI 的功能安全驱动,则可以通过寄存器灵活配置阈值。

为了避免系统噪声造成误触发,DESAT 内部还会设计 deglitch filter,只有 DESAT 电压高于阈值并持续超过滤波窗口,驱动芯片才真正触发保护。

这里的取舍比较直接:

  • deglitch 时间越长,抗干扰能力越强;
  • deglitch 时间越长,短路检测时间和短路能量也越大;

关断方式

短路保护不只是检测,还要看检测之后怎么关断。

短路时直接快速关断会带来很大的 di/dtdi/dt,功率回路寄生电感会把这个 di/dtdi/dt 转成 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS} 过冲。

对于母线电压很高、回路电感不小的系统,过冲可能比短路电流本身更快打穿功率器件。

常见处理方式包括:

  • 软关断:用较小下拉电流慢慢释放栅极电荷;
  • 两级关断:先用受控速度把栅极拉到中间电位,再完全关断;
  • 分离 OUTH/OUTL:开通和关断路径分开设置栅极电阻;
  • Miller clamp:避免关断器件被对侧快速开关引起的 Miller 电流误开通;

短路保护的目标不是“最快把 gate 拉低”,而是在功率器件 SOA 内,以不过压的方式进入安全状态。

DESAT 调试方法

如何增加 DESAT 充电电流

对没有 SPI 接口、DESAT 参数固定的驱动芯片,如果实测短路响应时间或短路保护能量不满足要求,最直接的调试方向有两个:

  • 减小 CBLKC_{BLK};
  • 增加等效 ICHGI_{CHG}。

但是减小 CBLKC_{BLK} 会提高误触发风险,因此有时会采用外部上拉电流源的方式来增加 DESAT 充电电流。

外部上拉电流源通常有两条路径:

上拉到 OUTH/OUT

把外部充电电阻上拉到 OUTH 或 OUT 的优点是:只有输出为高时,外部电流源才启动。

这种接法的好处是:

  • 额外功耗更低;
  • 关断状态不会一直给 CBLKC_{BLK} 充电;
  • 前沿消隐时间内,如果输出还没有真正进入稳定开通状态,外部电流源不会提前把 CBLKC_{BLK} 充起来;
  • 开通过程误触发风险相对更低;

但如果系统采用负压关断,比如 VEE=−5VV_{EE}=-5V,则需要确认 DESAT pin 的负压承受能力,如果 OUTH/OUT 会被拉到负压,DESAT pin 可能需要额外钳位保护。

上拉到 VDD/VCC2

把外部电流源上拉到二次侧电源 VDD/VCC2,没有负压关断问题,电路也更直观。

但它是常开电流源,与输入输出状态无关。这意味着:

  • 额外功耗更大;
  • 关断状态下也会向 DESAT 网络注入电流;
  • 消隐时间内也可能提前给 CBLKC_{BLK} 充电;
  • 会削弱内部下拉电流源在关断状态和 blanking 阶段的控制能力;

实际设计时需要把内部充电电流和外部充电电流合并计算:

ICHG,total=ICHG,int+ICHG,extI_{CHG,total}=I_{CHG,int}+I_{CHG,ext}

如果外部电流源由电阻产生,则可以先用近似式估算:

ICHG,ext≈VPU−VDESAT,pathRCHGI_{CHG,ext}\approx \frac{V_{PU}-V_{DESAT,path}}{R_{CHG}}

这里的 VDESAT,pathV_{DESAT,path} 要按实际路径计算,包括二极管压降、齐纳压降、DESAT pin 电压范围和输出高电平能力。

如何调整 DESAT 阈值电压

系统设计时先定义希望触发 DESAT 的功率管压降,这个压降要高于正常工作电流范围下的最大 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS},同时又要低到足够快地识别短路。

DESAT pin 的阈值电压不等于功率管两端的真实保护阈值,路径上还有 RLIMR_{LIM}、高压二极管、可能存在的齐纳二极管。

一般可以给出的计算关系为:

VCE(DESAT)=VDESAT−VZ−n⋅VF−ICHG⋅RLIMV_{CE(DESAT)}=V_{DESAT}-V_Z-n\cdot V_F-I_{CHG}\cdot R_{LIM}

其中:

  • VDESATV_{DESAT} 是驱动芯片内部 DESAT 阈值;
  • VZV_Z 是额外串入的齐纳管压降;
  • n⋅VFn\cdot V_F 是串联高压二极管的总正向压降;
  • ICHG⋅RLIMI_{CHG}\cdot R_{LIM} 是限流电阻压降;
  • VCE(DESAT)V_{CE(DESAT)} 是功率模块实际看到的 DESAT 保护阈值;

举个简单估算:

假设使用 9V DESAT 阈值的驱动,ICHG=500μAI_{CHG}=500\mu A,RLIM=1kΩR_{LIM}=1k\Omega,串联两个高压二极管,每个二极管在该电流下 VF≈0.8VV_F\approx0.8V,没有齐纳管,则:

VCE(DESAT)≈9V−2⋅0.8V−0.5V=6.9VV_{CE(DESAT)}\approx 9V-2\cdot0.8V-0.5V=6.9V

如果同一个 9V 阈值芯片希望兼容 SiC MOSFET,可以在路径中增加齐纳二极管来降低实际保护阈值。齐纳管压降要按 DESAT 充电电流条件下的值计算,不能只看 datasheet 中某个较大测试电流下的标称 VZV_Z。

如何使用 OC 功能搭建DESAT电路

一些驱动芯片没有 DESAT pin,只有 OC pin,例如 UCC21710-Q1、UCC21732-Q1 这类芯片,OC 保护本意是通过检测 shunt 电阻压降来判断过流,阈值通常较低,比如 UCC21710-Q1 的 OC 阈值约为 0.7V。

如果希望用 OC pin 实现类似 DESAT 的保护,可以通过外围电路把高压侧 VDSV_{DS} 或 VCEV_{CE} 转换成 OC pin 能识别的低压信号。

基本思路如下:

  • 使用 DHVD_{HV} 隔离功率管关断状态下的高压;
  • 使用 R1R_1 从 VDD 或 OUT 提供充电电流;
  • 使用 CBLKC_{BLK} 实现 blanking;
  • 使用 R2R_2、R3R_3 把较高的功率管压降转换到 OC pin 的阈值范围;
  • 触发后由芯片内部 OC fault 逻辑执行关断;

等效保护阈值可以按下面公式估算:

VOCDET=VOCTH⋅R2+R3R3−VFV_{OCDET}=V_{OCTH}\cdot\frac{R_2+R_3}{R_3}-V_F

其中 VOCTHV_{OCTH} 是芯片本身的 OC 保护阈值,VFV_F 是高压二极管正向压降。

对应的 blanking 时间可以按下面公式估算[12]:

tBLK=−R1+R2R1+R2+R3⋅R3⋅C1⋅ln⁡(1−R1+R2+R3R3⋅VOCTHVDD)t_{BLK}=- \frac{R_1+R_2}{R_1+R_2+R_3} \cdot R_3\cdot C_1\cdot \ln\left( 1- \frac{R_1+R_2+R_3}{R_3} \cdot \frac{V_{OCTH}}{V_{DD}} \right)

公式中的对数项必须有物理意义,也就是括号内要大于 0,设计时不要只把公式丢进计算器,还要确认分压电阻、充电路径、OC pin 输入电流、功耗和抗扰能力都合理。

IGBT 和 SiC MOSFET 的 DESAT 差异

DESAT 更适合 IGBT,原因是 IGBT 在过流时会从饱和区进入有源区,VCEV_{CE} 会明显升高,通常把 DESAT 阈值放在电流膝点附近,例如 7V-10V 这一类范围。

SiC MOSFET 的情况不一样,SiC MOSFET 正常导通时工作在线性区,短路时会进入饱和区,但它的线性区范围更大,IDI_D 会随着 VDSV_{DS} 继续增加,不像 IGBT 那样有一个非常好用的电流膝点,也就是说,SiC 的 VDSV_{DS} 阈值不一定能非常准确地代表短路电流。

TI 的 SiC 短路保护资料给出几个判断:

  • SiC MOSFET 的短路保护要求比 IGBT 更严格;
  • 用于 IGBT 的 DESAT blanking time 往往太长,不适合直接搬到 SiC;
  • SiC MOSFET 的短路关断时间通常希望做到小于 2µs 量级;
  • SiC 开关速度快,开通过程噪声强,因此阈值降低后误触发风险也会增加;
  • 对 SiC 来说,shunt/OCP、集成 current scaling 或 senseFET 往往比传统 DESAT 更容易获得更快、更准确的短路保护;

方法选择大致如下:

保护方式优点缺点更适合的场景
DESAT外围简单,不需要串 shunt,大量 IGBT 驱动支持有 blanking delay,受二极管结电容和 dv/dtdv/dt 影响IGBT,或短路承受能力较宽松的 SiC 应用
Shunt/OCP电流检测直接,响应快,阈值直观有功耗、成本和寄生电感问题,需要高速比较器/ADCSiC MOSFET,高带宽保护
senseFET/current scaling损耗小,检测同步性好依赖功率模块集成,成本和可选型受限集成电流检测的功率模块
di/dt/Rogowski响应快,隔离方便模拟前端复杂,抗扰和校准难大功率系统、专用保护链路

所以,如果设计对象是 IGBT,DESAT 往往是默认可行方案,如果设计对象是 SiC MOSFET,就需要先判断 DESAT 是主保护,还是 OCP 之外的第二道保护。

参数估算示例

假设使用固定 9V DESAT 阈值的驱动,内部 DESAT 充电电流为 500µA,CBLK=100pFC_{BLK}=100pF。如果忽略初始电压,blanking 时间为:

tBLK≈9V⋅100pF500μA=1.8μst_{BLK}\approx\frac{9V\cdot100pF}{500\mu A}=1.8\mu s

但如果考虑正常导通时 CBLKC_{BLK} 已经被充到大约 3.5V,例如 VCE=2VV_{CE}=2V、两个二极管总压降约 1V、RLIMR_{LIM} 压降 0.5V,则:

tBLK≈(9V−3.5V)⋅100pF500μA=1.1μst_{BLK}\approx\frac{(9V-3.5V)\cdot100pF}{500\mu A}=1.1\mu s

如果把 CBLKC_{BLK} 改成 330pF,则同样条件下:

tBLK≈(9V−3.5V)⋅330pF500μA≈3.63μst_{BLK}\approx\frac{(9V-3.5V)\cdot330pF}{500\mu A}\approx3.63\mu s

如果把等效充电电流提高到 1mA,响应时间大约减半。

这个估算说明,CBLKC_{BLK}、ICHGI_{CHG} 和初始电压都会明显影响检测时间。实际调试时不要只套 VDESATC/IV_{DESAT}C/I 这个最简公式,要把二极管压降、RLIMR_{LIM} 压降、正常导通压降和前沿消隐时间一起放进去。

设计和调试流程

DESAT 设计可以按下面顺序调试:

确认功率器件短路能力:先从功率模块 datasheet 或厂商测试数据中确认短路承受时间、短路能量、测试母线电压、结温、栅极电压和关断条件。

确认保护目标:明确要保护的是 IGBT 还是 SiC MOSFET,目标是保护三相桥的哪一类短路:桥臂直通、相线对母线短路、相线对地短路、负载侧短路,还是异常续流导致的过压/过流。

选择检测方式:IGBT 可以优先考虑 DESAT,SiC MOSFET 如果短路承受时间很短,建议评估 shunt/OCP、模块 current scaling 或更高速的电流检测方式,DESAT 可以作为备选或第二道保护。

设置阈值:把正常最大工作电流下的 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS}、高温导通压降、二极管压降、RLIMR_{LIM} 压降都算进去。阈值要高于正常工作包络,又要低于短路能量允许范围对应的检测边界。

设置 blanking 和 filter:根据开通过程波形选择 CBLKC_{BLK}、ICHGI_{CHG} 和 deglitch 时间,要保证开通瞬态不会误触发,同时短路检测总延迟仍然满足 SOA。

设计关断方式:短路关断要同时看短路电流下降速度和 VCE/VDSV_{CE}/V_{DS} 过冲,不要只追求最快关断,两级关断、软关断、分离 OUTL 电阻、Miller clamp 都应结合功率回路寄生电感一起验证。

做实测闭环:示波器建议至少同时观察:

  • gate 电压;
  • DESAT pin 电压;
  • VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS};
  • 短路电流;
  • fault pin;
  • OUT/OUTH/OUTL;

实测时最好从较低母线电压、较短脉冲宽度开始,逐步逼近目标工况,短路测试能量很高,测试夹具、电流探头、差分探头、隔离供电和安全距离都要提前确认。

容易踩坑的地方

把 DESAT 阈值当成功率管真实阈值:DESAT pin 阈值不是 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS} 阈值,真实保护阈值要扣除二极管、齐纳管和 RLIMR_{LIM} 上的压降。

CBLKC_{BLK} 只按速度取小:CBLKC_{BLK} 太小会提高响应速度,但也更容易被高压二极管结电容耦合过来的 dv/dtdv/dt 干扰,SiC 系统尤其要注意。

忽略高压二极管结电容:DESAT 的检测电流通常只有几百微安,二极管结电容耦合出来的瞬态电流并不一定小,两个高压二极管串联有时不只是为了耐压,也是为了降低等效结电容。

负压关断时没有保护 DESAT pin:如果外部充电电流源接到 OUT,而 OUT 在关断时会到负压,需要确认 DESAT pin 的负压承受能力,必要时需要增加钳位二极管或限流结构。

deglitch filter 设得太长:长 deglitch 可以屏蔽噪声,但会直接增加短路检测延迟,对 SiC MOSFET 这种短路承受时间较短的器件,不能为了抗扰把 filter 时间无限加长。

只验证常温,不验证高温和漏电:高压二极管漏电、齐纳管特性、功率管导通压降、驱动芯片阈值都随温度变化,DESAT 是一个微安级电流路径,高温漏电有时会带来不小的偏移。

版图中把 DESAT 走线放在高 dv/dt 区域:DESAT pin 到 CBLKC_{BLK}、RLIMR_{LIM} 的环路应尽量短,CBLKC_{BLK} 靠近 DESAT pin 和 COM,DESAT 走线要远离开关节点、栅极大电流回路和高 dv/dtdv/dt 铜皮,高压二极管的高压端需要满足爬电距离和耐压要求。

小结

DESAT 保护不是“检测到 VCEV_{CE} 或 VDSV_{DS} 变高就关断”这么简单,它要在检测速度、抗扰能力和关断过冲之间折中。

对 IGBT 来说,DESAT 与器件退饱和现象匹配得比较自然,7V-10V 这类阈值也比较常见。

对 SiC MOSFET 来说,由于短路承受时间更短、开关噪声更强、VDSV_{DS} 与短路电流之间没有那么清晰的膝点,DESAT 设计要更谨慎,很多情况下 OCP 或 current sensing 会是更好的主保护方式。

工程调试中,可以按下面链路理解 DESAT:

功率管短路→VCE/DS升高→DHV反偏→CBLK充电→比较器→deglitch→软关断/两级关断\text{功率管短路} \rightarrow V_{CE/DS}\text{升高} \rightarrow D_{HV}\text{反偏} \rightarrow C_{BLK}\text{充电} \rightarrow \text{比较器} \rightarrow \text{deglitch} \rightarrow \text{软关断/两级关断}

链路里的每一个参数都会影响最终结果,最后还是要回到波形和能量上验证:检测是否足够快,误触发是否可接受,关断过冲是否还在器件 SOA 内。

参考资料

  1. TI, 驱动芯片退饱和保护(DESAT)应用指导
  2. TI, Understanding the Short Circuit Protection for Silicon Carbide MOSFETs (SLUA863C)
  3. TI, IGBT & SiC Gate Driver Fundamentals (SLYY169)
  4. TI, UCC21750-Q1 数据手册 / 产品页
  5. TI, UCC5870-Q1 数据手册 / 产品页
  6. TI, UCC5880-Q1 数据手册 / 产品页
  7. TI, UCC21732-Q1 数据手册
主贴发布时间:8/20/2026, 7:21:04 PM

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