2 短路機(jī)制

為了分析 SCT 1 的機(jī)制，半橋模型如圖 2-1 所示。S_HS 和 S_LS 兩個(gè) SiC MOSFET 分別由一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器單元 (GDU) 控制。此外，兩個(gè)電容器為轉(zhuǎn)換器提供能量：電容 C_C 為 S_HS 和 S_LS 兩個(gè) SiC MOSFET 之間的電流換向提供所需的能量，而電容 C_B 用作轉(zhuǎn)換器輸出端的大容量濾波器。電感 L_σ,C 和 L_σ,B 表示電容器、MOSFET 和 PCB 布線的寄生電感之和。一個(gè)共用的斷路器 S_B 將高壓電池 U_batt 連接到各種電力電子器件。

圖 2-1 分析 SCT 1 的簡(jiǎn)化原理圖

發(fā)生短路時(shí)，隔離故障以避免進(jìn)一步損壞（如火災(zāi)危險(xiǎn)）至關(guān)重要。使用斷路器 S_B 斷開(kāi)故障，可以中斷連接到電池的其他正常工作器件的運(yùn)行。一種思路是在每個(gè)轉(zhuǎn)換器中加入一根額外的機(jī)械或電子保險(xiǎn)絲；但是這種方法會(huì)增加成本，這在對(duì)價(jià)格敏感的汽車(chē)應(yīng)用中并不理想。因此，迫切需要可靠且具有成本效益的短路保護(hù)方案來(lái)防止過(guò)熱事件。

其中兩種短路檢測(cè)方法利用了額外的電流傳感器。如節(jié) 1.3 中所述，電流傳感器放置在兩個(gè)電容器 C_c 和 C_B 之間。

在測(cè)量中，S_HS 和 S_LS 兩個(gè) SiC MOSFET 構(gòu)成半橋拓?fù)洹OSFET S_LS 的漏極和源極引腳焊接在一起，以確保發(fā)生低阻抗短路來(lái)模擬 MOSFET S_HS 上的 SCT 1。在 t₀ 時(shí)刻，MOSFET S_HS 的 GDU 收到導(dǎo)通命令，高側(cè) SiC MOSFET 的柵源電壓 u_GS 開(kāi)始增大。

圖 2-2 SCT 1 期間故障 MOSFET 的波形

電流斜率 di_SC/dt 取決于各種參數(shù)，例如 SiC MOSFET 的雜散電感和電容 [16]。電流 i_SC 在 t₁ 時(shí)刻達(dá)到峰值，隨后降低。電流的降低可以解釋為由于功率損耗導(dǎo)致的 SiC MOSFET 芯片自熱效應(yīng)，使得漏源電阻增大 [16]。

盡管電流持續(xù)降低，但隨著高側(cè) SiC MOSFET 的漏源電壓 u_DS 保持高電平，SiC MOSFET 中耗散的能量越來(lái)越多。因此，MOSFET 持續(xù)升高溫度。在 t₂ 時(shí)刻，SiC MOSFET 達(dá)到臨界結(jié)溫并在低阻抗?fàn)顟B(tài)下?lián)p壞。由于電流 i_SC 不再受漏源電阻的限制，因此 i_SC 再次開(kāi)始增大。從現(xiàn)在開(kāi)始，MOSFET 無(wú)法隔離短路，而且只要電池提供能量，此短路就存在發(fā)生火災(zāi)和煙霧危險(xiǎn)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要短路保護(hù)來(lái)防止損壞 MOSFET。本文選擇了基于分流器的檢測(cè)和基于霍爾效應(yīng)傳感器的檢測(cè)等電流檢測(cè)方法，以及去飽和方法等電壓檢測(cè)方法作為保護(hù)方法進(jìn)行分析。