智能功率模块（IPM）内置了多样化的监控与保护机制，极大地便利了用户的应用。其中，核心保护功能当属短路保护。IPM巧妙地采用了具备短路耐受能力的IGBT作为功率控制开关，并集成过流保护电路，该电路通过ITRIP引脚来监测过电流及短路事件，一旦检测到异常，即刻触发故障信号并立即关闭所有六个IGBT，这一设计既精简了客户的电路设计流程，又有力确保了系统的高度可靠性。接下来，道合顺将简要概述如何正确实施IPM的短路保护设计。

设计要点

首先，每款IPM的产品规格书中都会明确标注其IGBT元件的短路承受能力。以CIPOS MINI系列中的IKCM30F60GA型号为例，它在特定条件下能承受短路持续时间为5微秒，这些测试条件设定为直流电压VDC为400伏特，结温Tj达到150摄氏度，以及驱动电压VDD为15伏特。需留意的是，如果测试条件发生变化，IGBT的短路耐受时间也将随之调整。针对不同条件下的具体数值，建议直接查阅该产品的详细技术文档以获取准确信息。

在设计过流和短路保护电路的过程中，确保保护机制能够迅速介入以防止元件损害是至关重要的。这里提到的保护电路响应时间Tsc，是指从检测到过流或短路事件发生到保护措施生效（如切断电流）之间的时间。为了有效保护IPM（智能功率模块），Tsc必须小于IPM所能承受短路的额定时间。

Tsc的构成要素包括但不限于：

1. 外部RC滤波器的时间常数：RC滤波器常用于平滑电路中的信号，但也会引入一定的延迟。时间常数τ = R * C，其中R是电阻值，C是电容值。设计时，需要平衡滤波效果与响应速度，确保这一部分的延迟不会影响整体保护的时效性。

2. IPM内部的驱动器延迟时间：IPM内部的门极驱动电路在接收到来自控制电路的信号后，需要一定时间来驱动IGBT或其他功率开关完全开通或关断。这部分时间也是Tsc的一部分，需要通过查阅IPM的数据手册了解具体数值。

在诸如家用电器这类常见应用中，广泛采纳了单电阻采样电路的设计方法，并且惯例上会搭配RC类型的低通滤波器来有效抑制采样电阻上可能出现的高频噪声干扰。以下展示的即是一个采取单电阻采样方式的电路实例。

采样信号可能会因线路本身及电阻中存在的漏感而发生失真。考虑到这一点，假设我们采用如下图所示的采样电阻方案：

在环境温度T为25°C、直流电压VDC为125伏特、电流变化率di/dt为590安培每微秒的条件下，所测量到的波形如下所示：

测试结果显示：感应电压Uind为7伏特，据此计算得到的漏感Lsh为7伏特·安培除以590微秒，即11.9纳亨。采用频域中的传递函数来描述采样信号的行为是合理的，这是因为

可以得到

显然，当如下等式成立时，滤波效果最理想。

因此我们可以得到

将前期获得的参数代入计算：漏感Ls为11.9纳亨，采样电阻RS为30毫欧，选取R1为100欧姆，计算得出C1应为3.966纳法。然而，出于实际考量，我们决定采用略小的电容值，即C1为3.3纳法。实际测试表明，使用100欧姆电阻与3.3纳法电容的组合会导致轻微的过补偿现象：

经过微调，使用470 Ω 和680 pF得到更好的结果:

因此，计算得出外部RC滤波器的时间常数为0.32微秒。然而，在实际应用设计中，为了确保稳定性和兼容不同器件参数的一致性，通常建议将时间常数设置在大约1微秒左右，并且最好不超过2微秒，以此作为安全余量。

同样以CIPOS MINI系列的IKCM30F60GA为例，其内部驱动器相应短路信号延迟时间为1.47µs，测试条件为Tj=25°C，VDD=15V。

考虑到驱动器动态特性有温漂，我们在全工作温度范围内做了测试，结果如下：

可见IPM内部驱动器短路保护延迟时间保证小于2µs。所以这个短路保护电路的响应时间Tsc是3µs，IPM是安全的。

其余常见的采样电路有带二极管解耦的3电阻采样：

这里的采样电阻为

滤波电路时间常数由两级时间常数相加得到(100Ω x 1nF)+(1.8kΩ x 1nF) = 1.9µs。

在设计包含比较器的过流保护电路（见下图示例）时，务必审慎选取RC参数。整个滤波环节的时间常数不仅要涵盖两级RC网络，还应将比较器本身的响应时间纳入考虑范畴。

总之，在设计IPM的短路保护系统时，细致规划滤波电路的各项参数至关重要。这包括确保滤波电路引入的延迟时间，加之比较器响应时间，全部整合在总的短路保护响应时间Tsc内。关键在于，Tsc务必短于IPM所能承受短路的最大时限，以保障整个系统运行的安全性与可靠性。