短路保护时序与 I²t 校核

简介: 本文详解功率管短路保护设计:硬件响应需≤2.85μs(远低于10μs耐受极限),软件仅作备份;I²t校核揭示降低回路阻抗可提升裕量;强调DESAT中断须零延迟关断,实测验证闭环时序。硬件兜底、时序优先是核心原则。

短路保护时序与 I²t 校核

功率管的短路耐受时间通常在十微秒量级,软件保护循环在几十微秒量级,相差一个数量级。这决定了短路保护必须由硬件兜底,软件只做慢速备份。

一、把保护延迟拆开算

以采用 FOC 驱动方式、支持四象限运行并配能耗制动的 AQMD6008BLS-TE/2 这类机型为对照,回馈与制动工况下短路风险更高。设器件短路耐受 t_sc = 10µs(25℃ 典型值,结温升高会缩短)。

环节 典型值 说明
检测延迟 0.15µs 比较器响应,含消隐后有效判定
滤波延迟 1.0µs RC 滤波或去抖,抑制开关噪声误触发
传播延迟 0.2µs 比较器输出到驱动关断输入
关断延迟 1.5µs 驱动下拉、米勒平台、栅极电阻决定
合计 2.85µs 余量 10−2.85 = 7.15µs

软件路径对比:载频 16kHz 时一个采样周期 62.5µs,加 FOC 计算与标志处理,总延迟常超 70µs,远超 10µs。所以"用软件做短路保护"物理上不成立,软件只负责记录、降额与停机。

二、I²t 校核

短路电流 I_sc = V_bus/R_loop。取 48V、回路电阻 50mΩ,得 960A。

  • 短路 I²t:960²×2.85µs ≈ 2.63 A²s
  • 判据:I_sc²·t_total ≤ I²t_rated,按最坏结温降额值比较

若回路电阻降到 20mΩ(I_sc = 2400A),同一延迟下 I²t 升至约 16.4 A²s,很可能越界。这说明缩小母线环路面积、降低回路阻抗本身就是提升短路裕量的手段。

三、退饱和检测与中断写法

DESAT 阈值要高于正常导通压降峰值(含 I·Rds(on) 与母线波动),消隐时间要大于关断斜率时间,否则满载误报或每次关断误触发。

```c
void COMP_IRQHandler(void)
{
PWM_DISABLE_ALL(); / 立即封锁,优先级最高 /
fault_flag |= FAULT_SHORT; / 置位供主循环记录 /
NVIC_ClearPendingIRQ(COMP_IRQn);
}

中断里不做滤波、计数、通信,否则拉长关断时间。

四、验证与小结

用功率电阻或电子负载制造短路,双通道抓"短路发生"与"PWM 关断"时刻直测延迟;最高结温下重复 50 次,确认不超过 t_sc 的 70%;同时验证消隐时间不误触发。设计顺序:拆延迟链 → 算 I²t → 实测闭环,硬件比较器是主防线。

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