VBsemi碳化硅 MOSFET 的短路保护应用方案

碳化硅（SiC）MOSFET成为硅（Si）IGBT的潜在替代品，广泛应用于光伏逆变器、车载及非车载电池充电器、牵引逆变器等领域。相较于Si IGBT，SiC MOSFET对短路保护提出了更为严格的要求。

微碧半导体的SiC MOSFET在短路保护方案中具有独特的优势，可以帮助设计工程师实现更高效、更可靠的电力电子系统。通过合理选择和应用短路保护方案，结合SiC MOSFET的优异特性，可以确保系统稳健性和器件效率的最大化，促进电力电子领域的进一步发展与创新。

本文将深入探讨SiC MOSFET与Si IGBT的差异特性，详细描述并比较三种短路保护方法，并总结SiC MOSFET在短路保护方面的特殊需求。

短路保护对于确保系统稳健并充分利用器件非常重要。合格的短路保护电路应能够实现快速检测并关断器件，而不会发生误触发。我们将分析和比较目前常用的三种短路保护方案，包括去饱和检测、分流电阻检测方案和senseFET 电流检测方案。

去饱和检测方案

图1展示了去饱和检测电路的构成。

该电路包含一个电阻器、一个消隐电容器和一个二极管。

在器件导通时，电流源用来充电消隐电容器并导通二极管。在正常工作情况下，电容器电压被固定在器件的正向电压。当发生短路时，电容器电压迅速充电至阈值电压，从而触发器件关断。

对于IGBT而言，去饱和阈值电压通常设定在转换电压附近，以确保在此之后电流受到限制，从而使IGBT能够承受更长时间。然而，设计SiC MOSFET的去饱和电路就需要更多关注。由于SiC MOSFET的转换电压通常较高，无法限制电流，因此在推荐的短路关断时间小于2μs时，去饱和阈值电压需要设定为较低值。此外，SiC MOSFET的快速开关速度在导通转换期间可能产生噪声，因此短路检测时间应设计得足够长以避免误触发，这为SiC MOSFET的去饱和电路设计带来挑战。

分流电阻检测方案

图2展示了分流电阻检测方案，通过在电源环路中串联一个小电阻器来检测电流。

这种方案简单明了，能够在各种系统中灵活应用。然而，为确保信号精度和检测时间，需要采用高精度电阻器和快速ADC。

该方法的缺点在于功率损耗，在大功率系统中，大电流会在分流电阻器上产生较大的功率损耗；而在小功率系统中，为保证信号准确性则需使用更大电阻，这也会导致小功率应用中的损耗和效率降低。

senseFET电流检测方案

图3展示了senseFET电流检测方案，通常senseFET被集成在电源模块中，并与主器件并联以降低器件电流。

随后使用精确的分流电阻器来测量减小后的电流。这种方案能够有效减小器件电流并提供准确的电流检测，是一种在现代系统中广泛采用的方法。

SiC（碳化硅）器件作为一种高性能、高效率的选择，越来越受到关注。微碧半导体的SiC MOSFET在短路保护方案中具有一些独特的优势和应用价值。

高速开关特性：SiC MOSFET相比传统的Si（硅）器件具有更快的开关速度和更低的导通损耗。这使得在短路发生时，SiC MOSFET可以更快地响应并切断电流，减小系统损失，并降低器件受损的风险。
高温性能：SiC器件具有更好的高温特性，能够在更高温度下运行而不损失性能。这对于短路保护来说尤为重要，因为在高负载和高温环境下，SiC MOSFET可以更稳定地工作，确保系统的可靠性。
低开关损耗：SiC MOSFET的低导通和开关损耗意味着在正常工作状态下，系统效率更高。而在短路保护触发时，快速的开关特性可以迅速切断电流，减少系统能量损失。
高集成度：微碧半导体的SiC MOSFET可以与其他保护电路和控制电路集成在一起，提供更全面的短路保护方案。这种集成度可以简化系统设计，减小系统体积，提高系统整体性能。

综上所述，选择适合的短路保护方案对于确保系统的安全运行和器件的长期稳健性至关重要。每种方案都有其优势和限制，因此在实际设计中需根据系统需求和器件特性综合考虑，以找到最佳的解决方案。