中心議題：

• 電動車無刷電機控製器短路的工作模型
• 控製器在短路時MOSFET的工作狀態
• 計算MOSFET瞬態溫升的計算公式
• 設定短路保護時間的原則

解決方案：

• 溫升公式：Tj = Tc + P × Rth(jc)
• 根據單脈衝的熱阻係數確定允許的短路時間
• 工作溫度越高短路保護時間就應該越短

隨sui著zhe電dian動dong車che市shi場chang競jing爭zheng的de日ri益yi激ji烈lie，消xiao費fei者zhe和he商shang家jia對dui整zheng車che的de質zhi量liang及ji可ke靠kao性xing要yao求qiu越yue來lai越yue高gao。與yu此ci同tong時shi，作zuo為wei整zheng車che四si大da件jian之zhi一yi的de控kong製zhi器qi的de技ji術shu也ye不bu斷duan成cheng熟shu，可ke靠kao性xing也ye越yue來lai越yue高gao，質zhi量liang已yi進jin入ru一yi個ge相xiang對dui穩wen定ding的de時shi期qi。由you於yu在zai控kong製zhi器qi的de生sheng產chan和he使shi用yong過guo程cheng中zhong不bu可ke避bi免mian地di會hui遇yu到dao相xiang線xian短duan路lu的de情qing況kuang，如ru電dian機ji的de線圈duanlujiuhuizhijiedaozhikongzhiqidexiangxianduanlu。yinci，bixushejiduanlubaohugongnengyitigaokongzhiqidekekaoxing。zaishijiyingyongzhong

，xuduogongchengshimianwangwanghulveleduanlubaohushijianshejidewenti，yincibenwenjiuruhequedingduanlubaohushijianzuoyixietantao，yibiannenggouweishejirenyuanzaishejichanpinshizuoyixiecankao。

1 短路模型及分析

短路模型如圖1所示，其中僅畫出了功率輸出級的A、B兩相（共三相）。Q1和Q3為A相MOSFET，Q2和Q4為B相MOSFET，所有功率MOSFET均為AOT430。L1為電機線圈，Rs為電流檢測電阻。

當控製器工作時，如電機短路，則會形成如圖1中所示的流經Q2，Q3的短路電流，其電流值很大
，達幾百安培

，MOSFET的瞬態溫升很大，這種情況下應及時保護，否則會使MOSFET結點溫度過高而使MOSFET損壞。短路時Q3電壓和電流波形如圖2所示。圖2a中的MOSFET能承受45us的大電流短路，而圖2b中的MOSFET不能承受45us的大電流短路
，當脈衝45us關斷後，Vds回升
，由於溫度過高，僅經過10us的時間MOSFET便短路，Vds迅速下降,短路電流迅速上升。由圖2我們可以看出短路時峰值電流達500A
，這是由於短路時MOSFET直接將電源正負極短路，回路阻抗是導線，PCB走線及MOSFET的Rds（on）之和，其數值很小，一般為幾十毫歐至幾百毫歐。

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2 計算合理的保護時間

在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，不(bu)同(tong)設(she)計(ji)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)，其(qi)回(hui)路(lu)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)阻(zu)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)差(cha)別(bie)以(yi)及(ji)短(duan)路(lu)時(shi)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)不(bu)同(tong)，導(dao)致(zhi)控(kong)製(zhi)器(qi)三(san)相(xiang)輸(shu)出(chu)線(xian)短(duan)路(lu)時(shi)的(de)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)
，所(suo)以(yi)設(she)計(ji)者(zhe)應(ying)跟(gen)據(ju)自(zi)己(ji)的(de)實(shi)際(ji)電(dian)路(lu)和(he)使(shi)用(yong)條(tiao)件(jian)設(she)計(ji)合(he)理(li)的(de)保(bao)護(hu)時(shi)間(jian)。
短路保護時間計算步驟：

2．1 計算MOSFET短路時允許的瞬態溫升

因為控製器有可能是在正常工作時突然短路，所以我們的設計應是基於正常工作時的溫度來計算允許的瞬態溫升。MOSFET的結點溫度可由下式計算： 其中： 理論上MOSFET的結點溫度不能超過175℃，所以電機相線短路時MOSFET允許的溫升為：Trising = Tjmax - Tj = 175-109 = 66℃。

2．2 根據瞬態溫升和單脈衝功率計算允許的單脈衝時的熱阻

由圖2可知
，短路時MOSFET耗散的功率約為： 脈衝的功率也可以通過將圖二測得波形存為EXCEL格式的數據，然後通過EXCEL進行積分，從而得到比較精確的脈衝功率數據。

對於MOSFET溫升計算有如下公式： 其中：
2．3 根據單脈衝的熱阻係數確定允許的短路時間

由圖3最下麵一條曲線（單脈衝）可知，對於單脈衝來說，要想獲得0.015的熱阻係數，其脈衝寬度不能大於20us。


3 設計短路保護應注意的幾個問題

由於不同控製器的PCB布(bu)線(xian)參(can)數(shu)不(bu)一(yi)樣(yang)，導(dao)致(zhi)相(xiang)線(xian)短(duan)路(lu)時(shi)回(hui)路(lu)阻(zu)抗(kang)不(bu)等(deng)，短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)也(ye)因(yin)此(ci)不(bu)同(tong)。所(suo)以(yi)
，不(bu)同(tong)設(she)計(ji)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)應(ying)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)設(she)計(ji)確(que)當(dang)的(de)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)時(shi)間(jian)。

由於應用中使用的電源電壓有可能不同，也會導致短路電流的不同

，同樣也會影響到保護時間。

注意控製器實際工作時的可能最高溫度，工作溫度越高，短路保護時間就應該越短。

本文討論的短路保護時間是指MOSFET能neng承cheng受shou的de最zui長chang短duan路lu時shi間jian。在zai設she計ji短duan路lu保bao護hu電dian路lu時shi，應ying考kao慮lv硬ying件jian及ji軟ruan件jian的de響xiang應ying時shi間jian，以yi及ji電dian流liu保bao護hu的de峰feng值zhi，這zhe些xie參can數shu都dou會hui影ying響xiang到dao最zui終zhong的de保bao護hu時shi間jian。因yin此ci，硬ying件jian電dian路lu設she計ji和he軟ruan件jian的de編bian寫xie致zhi關guan重zhong要yao。

本文討論的短路保護時間是單次短路保護時間，短路後短時間內不能再次短路。如果設計成周期性短路保護，則短路保護時間應更短。

4 結論

短路保護在瞬間大電流時能對MOSFET提供可靠的快速保護，大大增加了控製的可靠性，減少了控製器的損壞率。