JP20系列IGBT保护模块的引脚定义及原理

IGBT 正常使用时是不会出现短路现象，尤其 IGBT不直接接负载的条件下。只要电路设计合理，IGBT设计在合理的工作区，输出电流不超过2倍额定值电流，过电流后采用正常的快速关闭措施是最佳形式（2倍额定电流的安全工作区接近矩形）。即便是短路条件，只要电流上升率能够限制好，没有超过IGBT 正常工作区，快速关闭依然是首选（由于杂散电感，或者负载电感存在，此条件很好满足）。
在某些故障条件下，比如无电感短路状态（小电感短路），电流会急剧升高，大于2倍额定电流。从理论上要求关闭反应时间越快越好，但现在大多采用了缓关闭的方法，通过几微秒的延时，将电流降低到安全工作区以下，再关闭驱动。由于关闭速度跟不上，往往在短路关闭时，短路电流已经超过了IGBT极限，甚至达到了闩锁电流。造成失控。
解决此间题要从两方面下手：第一，驱动电压不要过高。一般说明书中驱动电压为15V时，短路电流限制在6倍额定电流附近，不会产生闩锁。第二，为了实现在短路状态（小电感短路）下的保护，针对快速关闭时电流依然超过安全工作区的情况，短路时对栅极电压采用分段卸荷关闭的方法比较好（既通过降低栅极电压，将电流限制在可接受范围）。由于IGBT的输出电流受到栅极电压的控制，因此短路时，通过降低驱动电压，使输出电流满足最大安全工作区条件。
JP20系列IGBT保护扩展模块具有超一流的反应速度，从过电流采样到驱动电平降为卸荷电平，延时只有l10ns左右，根据此延时、杂散电感、驱动电压可以计算出IGBT的峰值电流，要控制在2 -6倍额定电流之间（具体可以参考IGBT 数据手册），通过卸荷将电流降低到 2倍电流以下，栅极保护波形如图1所示。

图1 栅极具有分段保护的驱动波形

1．引脚定义
JP20系列IGBT保护扩展模块引脚排列如图2所示，引脚功能见表 1。

图2 引脚排列

表1 引脚功能

引脚号	符号	功能
1	V—	电源负，内部地( GND)
2	COM	电源地，一般为IGBT源极(S)
3	OFF	驱动信号输入，5V，低电平有效。外接电容可以调整保护起始时间。
4	SD	关闭信号输出，低电平有效，OC输出
5	FAULT	故障输出，OC输出
6	PB	内部采样晶体管基极，与PO连接可以锁定故障信号
7	PO	内部关闭信号输出
8	DT	卸荷电平延时。外接电容可以调整卸荷电容的延时时间。
9	VS	过电流采样信号
10	V+	电源正，驱动正电源
11	DA	辅助管驱动( OC)
12	DIN	预留
13	DIN	预留
14	HOUT	预留
15	HOUT	预留
16	VSET	外接稳压管阴极(K)。调整卸荷电平，将短路电流控制在2倍电流以下。
17	LIN	下管驱动输入
18	LIN	下管驱动输入
19	LOUT	下管驱动输出
20	LOUT	下管驱动输出

2．原理框图
JP20系列IGBT保护扩展模块的原理框图如图3所示，因JP20系列模块是IGBT 驱动器的保护扩展，因此对驱动器有一定功能要求。如图4所示，其中SD信号反应越快越好，反向驱动信号是射极输出信号，或具有单向导通的触发信号，从出延时> 40ns。

图3 原理框图

图4 对驱动器功能要求

JP20系列IGBT保护扩展模块的功能扩展非常简单，将保护模块串接在下管关闭驱动输出中，接线逻辑如图5所示。

图5 接线逻辑图

采用分压电阻Rs分压采样过电流点电路如图6所示，设定点约为3. 5V左右。图7是采用JD102作驱动器的接线方法。JD102 具有高达20A的驱动能力，同时开关延时小于150ns的驱动器。它对关闭引脚进行了优化，关闭引脚反应盱问高达50ns。

图6 采用Rs分压所需电平

图7 保护扩展模块与JD102 典型接线图

若VCC= 15V，Vcom=5V，Vzs=3.3V，Vs=1V，则保护点：

Vp =12.6 —Vcom —Vzs — Vs =3. 3V；

在Vcc= 15V，Vce=3.3V时，IC略大于Icrm（不考虑电路结构及杂散电感造成的延时）。内部Vset设定为15V，外部稳压管小于Vset，如果采用13V，则卸荷电平为

V2= Vset—Vcom =8V

电流设定小于200A，调整 COFF可满足开通延时，避免开通时电流过冲造成的误动作。内部设定最短时间约为300ns。调整 CDT，内部设定卸荷电平时间1.5 ~2μs。当杂散电感较大时需要增加CDT，否则达不到降低短路电流的目的。在半桥或Buck拓扑的电路中，负载为电感型负载，当发生内部短路时，由于电感作用，电流不可能降低到电感电流以下。将PO、PB相连可以锁定故障状态，否则在下一个脉冲到来时，保护电路重新开始工作。