在 SiC MOSFET 和 IGBT 驱动设计中,过流保护是保障功率管安全的第一道防线。芯茂微 LP7012 在一颗芯片内集成了两种独立的过流保护机制:DESAT 退饱和保护与 OCP 采样限流保护。两者虽然最终都会关断驱动并拉低 FAULT 告警,但触发条件、锁存逻辑、恢复方式截然不同。
本文基于 LP7012 规格书,把两种保护机制的工作逻辑拆开来讲清楚。
一、两种保护机制的定位差异
| 对比项 | DESAT 退饱和保护 | OCP 限流保护 |
|---|---|---|
| 检测对象 | 功率管 Vce/Vds 饱和压降 | 主回路电流采样电压 |
| 触发条件 | 单次异常即触发 | 连续 5 个周期过流才触发 |
| 反应速度 | 单周期内快速关断 | 多周期统计后关断 |
| 保护性质 | 硬性故障保护(短路、退饱和) | 过载/过流保护(可恢复浪涌) |
DESAT 针对的是单次硬故障 ------比如功率管短路、退饱和,必须立刻停机。OCP 针对的是连续过载------比如输出短路但未达到退饱和程度,需要区分浪涌还是真实过流,避免误动作。
二、DESAT 退饱和保护:单次异常立即锁存
2.1 检测原理
LP7012 的 DESAT 引脚内部连接至一个 1mA 上拉恒流源 ,阈值电压为 9V。正常导通时,功率管饱和压降远低于 9V(通常 1~3V),DESAT 引脚被二极管钳位在低电平。当功率管发生退饱和(如短路故障),Vce/Vds 急剧上升超过 9V,比较器翻转,触发保护。
2.2 消隐时间
功率管开通瞬间会有电压尖峰,为避免误触发,LP7012 内置 200ns 内部消隐时间,在此窗口内 DESAT 检测被屏蔽。
如果需要更长的消隐时间,可以在 DESAT 引脚与 GND 之间外接电容 C_BLK,公式如下:
T_EBLK = C_BLK × V_TH_DESAT / I_DESAT
其中 V_TH_DESAT = 9V,I_DESAT = 1mA。例如外接 100pF 电容:
T_EBLK = 100pF × 9V / 1mA = 900ns
加上内部 200ns,总消隐时间约 1.1μs。
2.3 故障与恢复流程
- 检测到 DESAT 电压超过 9V
- 立即关断 DRV 输出,停止驱动
- FAULT 引脚拉低,输出告警信号
- 锁存 200μs,期间驱动保持关断
- 锁存结束后,等待 IN 引脚重新拉高,驱动才恢复输出
关键点:DESAT 是单次触发、立即锁存。一次异常就关机,没有容错次数。锁存到期后需要 IN 重新给一个上升沿才能恢复驱动。
三、OCP 采样限流保护:连续 5 周期才锁存
3.1 检测原理
OCP 通过 CS 引脚 采样外部电流检测电阻上的电压,阈值 0.3V。通过选择采样电阻 R_CS 的阻值,可以设定限流值:
I_LIMIT = 0.3V / R_CS
例如 R_CS = 10mΩ,限流值 I_LIMIT = 0.3V / 0.01Ω = 30A。
3.2 核心差异:5 周期容错逻辑
与 DESAT 单次触发不同,OCP 的检测逻辑是计数型的:
- 每个周期检测 CS 电压是否超过 0.3V
- 连续检测到 5 个过流周期,才确认过流故障
- 如果中间任何一个周期恢复正常,计数器清零重新计数
这意味着单次浪涌电流(如开机冲击、负载瞬态)不会触发 OCP 锁存,只有真正的持续性过载才会被捕获。
3.3 故障与恢复流程
- 连续 5 个周期检测到 CS 电压 > 0.3V
- FAULT 引脚拉低,关断驱动
- 锁存 50μs(比 DESAT 的 200μs 短得多)
- 锁存解除后,靠 IN 引脚的新脉冲 恢复驱动
3.4 消隐时间同样覆盖
OCP 同样受内部 200ns 消隐时间保护,开关尖峰期间的 CS 电压不会被计入过流检测,确保在开关瞬态不会误计数。
四、两种机制的核心区别总结
| 对比项 | DESAT | OCP |
|---|---|---|
| 阈值 | 9V(内置 1mA 恒流源) | 0.3V(外部采样电阻设定) |
| 触发条件 | 单次异常即刻触发 | 连续 5 个周期达到阈值 |
| 消隐时间 | 200ns 内部 + 外接电容可调 | 200ns 内部 |
| FAULT 锁存时长 | 200μs | 50μs |
| 恢复方式 | 锁存结束 + IN 重新拉高 | 锁存结束 + IN 新脉冲 |
| 保护对象 | IGBT/SiC 退饱和、短路 | 主回路过流、过载 |
五、设计中的协同关系
两种保护在工作中各自独立、互不干扰:
- DESAT 是最后一道防线:当功率管已经发生退饱和或短路,DESAT 在单周期内迅速关断,防止炸管。200μs 的较长锁存时间确保故障被充分记录。
- OCP 是第一道防线:在过流但未退饱和的阶段提前干预。5 周期的计数逻辑过滤掉浪涌,50μs 的较短锁存时间允许系统快速恢复,减少停机时间。
- 故障上报统一:无论哪种保护触发,都通过 FAULT 引脚下拉输出告警,主控 MCU 只需监测一个引脚即可识别保护状态。
六、总结
LP7012 的双重过流保护设计思路非常清晰:
- DESAT:单次触发、锁存 200μs------对付硬故障,宁可误杀不可放过
- OCP:5 周期计数、锁存 50μs------对付过载,给浪涌留出容错空间
两种保护互补,既保证了极端故障下的快速响应,又避免了正常工况下的误触发。对于车载 OBC、光伏逆变、ATX 电源等需要高可靠性又不想引入复杂外围保护电路的场景,这种单芯片内置的双重保护方案能显著简化设计。
资料获取方式
如需以下资料,可通过私信获取:
- LP7012 完整数据手册(含详细电气参数与时序图)
- LP7012AA(SOIC-9)与 LP7012BA(SOP8L)参考设计原理图与 PCB Layout
- LP7012 应用笔记(DESAT 消隐计算、OCP 采样电阻选型、Layout 指南)
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