主驱电控系统是新能源汽车的主要组成部分，本文将从电控系统的系统框图出发，先容系统的各组成部分及其功能，并重点先容纳芯微带保护功能的单通道隔离驱动NSI6611在电控系统中的利用，其米勒钳位功能能够很好地预防短路发生；DESAT功能能够在功率管发生短路时及时关断，保护功率管不受破坏，确保系统安全、稳定地运行。
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CONTENT
目录
1)主驱电控系统驱动和基NSI661的驱动板先容
1. 主驱电控系统的组成
2. 驱动电路板上的紧张芯片
3. 接口定义
4. NSI6611驱动电路
2)米勒钳位和NSI6611主动米勒钳位功能先容
1. 米勒效应
2. 主动米勒钳位
3. 功率器件的短路检测
3)NSI6611 DESAT保护功能先容
1. DESAT检测外围电路配置和参数
2. DESAT保护时序
3. 软关断功能
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主驱电控系统驱动和基于NSI6611的驱动板
1.1 主驱电控系统的组成
主驱电控系统由低压电池、整车VCU、MCU、高压电池和旋变三相电机等组成。
如下图1所示，蓝色虚线内是主驱电机掌握器部分，赤色虚线内是本文将重点先容的驱动板。
从功能上看，低压电池为系统供应低压供电，整车VCU通过CAN总线给电控系统发送指令，读取电控系统的状态；高压电池包供应高压供电，Flyback电路为IGBT驱动供应正负电压，驱动三相电机；LDO（低压差线性稳压器）为驱动芯片供应+5V供电。
纳芯微高压隔离驱动NSI6611的浸染是驱动IGBT和SiC模块；电流采样电路和旋变数字转换器用来掌握电机运行。
图1：主驱电控系统框图
在主驱电控系统中，纳芯微供应了各种芯片，包括CAN接口芯片、旋变数字转换器、电源芯片以及高压隔离驱动芯片。
1.2 驱动电路板上的紧张芯片
下图2是基于纳芯微单通道智能隔离驱动NSI6611设计的三相驱动电路板，蓝色框中的6个芯片均为NSI6611。
此外，驱动板还利用了纳芯微的Flyback电源掌握芯片NSR22401，为NSI6611高压驱动侧供应正负电压；LDO芯片NSR3x为NSI6611低压侧供应5V供电。
图2：基于纳芯微NSI6611的驱动板
NSI6611是一款带保护功能的车规级高压隔离栅极驱动芯片，可以驱动IGBT和SiC，最高支持2121V峰值电压，驱动电流最大可达10A，不须要外加驱动电路；CMTI（共模瞬变抗扰度）高达150kV/μs。
此外，其内部集成了主动米勒钳位和DESAT（退饱和）保护、软关断以及ASC（主动短路）功能，事情温度范围为-40℃至+125℃。
1.3 接口定义
如下图3所示，驱动板的左侧是驱动板与掌握板的旗子暗记接口，包括由掌握板供应PWM掌握的6路输入旗子暗记；当NSI6611检测到IGBT过流或欠压时为掌握板供应的6路FAULT输出旗子暗记；用来指示NSI6611供电是否欠压的6路Ready输出旗子暗记；以及分别掌握3路高边和3路低边的2路RESET输入旗子暗记。
驱动板的右侧是电源接口，供电电压范围是9V至16V。
图3：驱动板接口定义
1.4 NSI6611驱动电路
下图4是NSI6611的驱动电路，左侧是低压掌握侧，旗子暗记线上串联的100Ω电阻可以有效减小旗子暗记反射；由于Fault和Ready旗子暗记为内部Open Drain（开漏）构造，须要加一个5.1kΩ的上拉电阻。
其余，PWM旗子暗记加1nF电容组成的RC电路可以滤除高频旗子暗记，VCC1加了一个0.1μF去偶电容。
右侧是高压驱动侧，并联了2个1206封装的栅极电阻，栅极有一个10k下拉电阻，栅极电容可根据不同运用须要进行调度，CLAMP引脚通过0Ω电阻连接到GATE。
图4：NSI6611驱动电路
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米勒效应和主动米勒钳位功能
2.1 米勒效应
米勒效应是指在晶体管或场效应管中，由于输入电容和放大器增益的相互浸染，导致放大器输出真个电容增大的征象。
它不仅会增加开关延时，还可能引起寄生导通。
由于半导体的固有特性，IGBT内部存在着各种寄生电容，个中栅极和集电极之间的电容叫米勒电容。
在测试中常常看到，栅极电压的上升并不是直接达到VCC电压，而是上升到一个电压平台坚持一段韶光后再上升。
这个电压平台便是米勒平台，它是由米勒电容产生的。
图5.1：米勒效应
米勒电容还可能引起下管误导通。
常日，电机驱动常常要高下管合营利用，当Q2关断且Q1开启时，由于存在很高的dv/dt和米勒电容，就会产生一定的电流。
其打算如公式：I = C dv/dt。
流过栅极电阻的电流会产生一个VGE电压，当这个电压超过Q2的开启阈值时，Q2就会开启，此时Q1已经处于开启状态，因此会引起高下管直通短路。
图5.2：米勒效应
2.2 主动米勒钳位
为理解决米勒效应引起的高下管导通的问题，可以利用负压关断，但这会增加电源设计的繁芜度，并增加BOM本钱；第二个方案是利用带有米勒钳位功能的驱动芯片来掌握IGBT的关断过程。
米勒钳位功能驱动芯片掌握IGBT关断的过程如下图6所示，首先OUTL引脚打开，使栅极电压低落；当栅极电压降到CLAMP阈值以下时，开启CALMP引脚，使OULT引脚关闭。
所形成的通路可以有效bypass栅极电阻，从而避免涌现高下管导通的征象。
值得把稳的是，米勒钳位模块只在IGBT关闭的过程中才事情。
图6：米勒钳位功能驱动芯片掌握IGBT关断过程示意图
2.3 功率器件的短路检测
IGBT和SiC器件的短路能力各不相同。
在利用一个功率器件设计驱动系统之前，首先要理解其最大电压、最大电流、Rdson（导通电阻）等基本参数。
短路能力也是值得重点关注的参数，由于设计短路保护时须要知道器件的短路特性。
以IGBT短路特性参数为例，在25℃时，其最大短路韶光为6μs，也便是说，须要在6μs内及时关断IGBT。
在短路电流达到4800A时，数值已经是正常事情电流的好几倍，一旦短路，瞬间会产生很大的热量，使结温急剧上升，如果不及时关断就会烧毁器件，乃至有动怒的风险，这是系统设计中必须避免的。
常日IGBT的短路韶光最大可达10μs，而SiC的短路韶光仅为2～3μs，这给短路保护带来了很大的寻衅，因此必须及时检测到短路并及时进行关断。
方法一是电流检测，在IGBT上串联一个电阻，或利用电流传感器直接检测过流情形，但这样做会增加很多本钱，也会使电路系统变得更加繁芜。
方法二是退饱和检测，也便是DESAT保护。
如下图7所示，在VCE电压和集电极电流曲线图中可以看到，当VCE小于0.4V时，没有电流流过截止区；随着VCE电压增加，电流也会变大，涌现饱和区，然后进入线性区，即退饱和区。
常日，IGBT在饱和区事情时，一旦发生短路就会进入退饱和区。
可以看到，在饱和区VCE电压一样平常不会超过2V；如果进入退饱和区，VCE就会快速上升，乃至达到系统电压。
退饱和检测便是通过检测VCE电压来检测IGBT是否进入了退饱和区。
图7：功率器件的短路检测示意图
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DESAT保护功能
3.1 DESAT检测外围电路配置和参数
DESAT检测由NSI6611及外置的DESAT电容、电阻和高压二极管组成。
NSI6611芯片内部集成了500μA恒流源和比较器。
图8：DESAT检测外围电路配置和参数
当IGBT正常开启时，VCE电压很低，基本上在2V以下，这时二极管处于正引导通状态。
其VDESAT的电压值即是电阻的压降加二极管的压降，再加上VCE电压。
假设电阻的阻值是100Ω，二极管的正向压降是1.3V，VCE是2V，那么，根据图8中的公式可以得到：IGBT正常开启时，DESAT检测到的电压基本上小于3.35V。
当IGBT短路时，VCE电压会迅速上升，这时二极管处于关断状态，电流会流向DESAT电容，并为其充电。
由于NSI6611的DESAT电流是500μA，DESAT阈值是9V，也便是说，须要匹配一个电容，以便在短路韶光以内，以500μA将DESAT电容充电到9V。
假设DESAT电容是56pF，根据图8中的电容充电公式打算得到：电容的充电韶光是1μs旁边，再加上200ns的消隐韶光和200ns的滤波韶光，总的短路保护相应韶光是1.4μs。
这个韶光不仅小于IGBT的安全短路韶光，也小于SiC的安全短路韶光。
3.2 DESAT保护时序
下图9是DESAT保护时序图，从图中可以看出，第一步，GATE上升，DESAT开始消隐韶光；第二步，消隐韶光结束，DESAT电流开启，如果IGBT短路，二极管进入截止状态，DESAT电流为电容充电；第三步，当DESAT电容充到阈值9V时，开启DESAT保护的滤波韶光；第四步，滤波韶光结束，实行GATE关断。
图9：DESAT保护时序图
3.3 软关断功能
上文提到过，当检测到DESAT故障时即实行GATE关断。
那么，是不是直接正常关断就可以了？实在弗成。
在发生短路时，IGBT的电流至少是正常电流的6～8倍，根据公式，电压即是系统的杂散电感乘以di/dt（V=Lsdi/dt），这么大的电流如果迅速关断，势必会产生很大的VCE电压，足以破坏IGBT。
要减少VCE过冲只有两种路子，一是减少杂散电感，二是减小di/dt。
首先，由于器件的寄生参数、PCB走线、构造设计等不可避免地存在一定量的杂散电感；其次，对付减小di/dt，在电流一定的条件下，只有增加关断韶光，也便是让IGBT逐步关断，才能安全关断。
NSI6611可以供应400mA的软关断，从而抑制VCE过冲，有效地办理器件保护的问题。
