最近在做固态功率继电器调试，其中涉及到I2T短路保护设计和调试，把一些经验记录于此，做为经验积累，方便后续学习。（因为是首次调试，经验不一定正确，暂且记录，后续有笔误之处会更新完善）。

i2t保护理论

i2t实现方法（仅软件实现方法）

容性带载能力问题来源

在固态功率控制器中一般1.2-10倍额定电流采用i2t保护，在高于10倍额定电流会直接通过硬件关断输出进行保护。但是一般固态功率控制器会强调容性带载能力（即负载旁路一个较大的电容），在上电瞬间，电容等于短路，会产生很强的尖峰毛刺，这个尖峰毛刺有可能引发硬件关断保护，在额定容性带载能力情况下出现这种情况是我们不需要的。

调试步骤

一 容性带载能力调试

这里需要明确几个地方：
1、产品的容性带载能力是什么含义？
2、如果容性带载能力不满足产品需求，调整方法有哪些呢？
3、容性带载能力和i2t是一对矛盾体，容性大在上电瞬间更容易导致硬件误关断，但是容性能力到多少合适呢？

下面我们针对这3个问题做一一回答。

1.1 怎么理解产品的容性带载能力？

复杂的电子产品因为内部电容、寄生电容或者某些工作特性，不可避免的呈现一定的容性。对于固态功率控制器而言，需要具备一定的容性带载能力，避免上电瞬间因容性带来的电压尖峰导致的误关断问题。从使用场景来说，固态功率控制器容性带载能力要求就是为了不影响正常使用而提出的，从这个角度来说，固态功率继电器的容性带载能力就是在额定电流时旁路一定的电容测试，不出现误关断即可。
这里有2个细节需要进一步理解：
1）电容是具备一定的容值误差的，如客户需要2000uF容性带载能力，一般的铝电解电容有20%的容性误差，这一点在测试时需要留意，避免降低效率；
2）测容性负载能力时，如果不是用额定最大电流（常规情况下最大额定电流已经是最苛刻的条件）旁路电容，而是用1.2-10倍额定电流旁路电容来测试，两者测试有什么不同呢？
现在分MOS开通和关断两种情况予以说明。
对于开通：
上图是容性2340uf时的尖峰电压，持续时间在本项目中约2ms

上图是MOS导通时延，持续时间306us左右。
MOS导通和电容充电有一个先后的顺序，可能出现两种情况：
a、先电容充满电，后MOS导通，两者时间不重合
b、先电容充电，后MOS导通，两者时间重合
这里项目应该捕捉一张图，看看项目到底属于那种情况（后续补充）
如果是第一种情况，用额定最大电流旁路电容和用1.2-10倍额定电流旁路电容两种测试方式对于开通而言是一致的，因为容性测试和MOS导通两个过程相对独立，不影响产品的容性评价；
如果是第二种情况，总的电流就是MOS通过电流+容性产生的电流叠加，会更容易产生硬件关断，影响产品的容性评价（从安全的角度来说，MOS管承受的瞬态能量也会大增）
对于关断过程，电流通过体二极管进行续流，1.2-10倍额定电流旁路电容的方式，续流电流会更大，对于MOS瞬态承受的能量更大，损坏的可能性也会更大。
这里项目应该捕捉一张图，看看项目容性关断情况（后续补充）
通过以上的分析，可以看到，用1.2-10倍额定电流旁路电容对于容性的测试要求会更苛刻，产品误关断甚至MOS损坏的概率会大大增加，从实际使用来看，推荐使用额定电流+旁路电容的方式。

1.2 如果容性不满足要求，应该如何调整

容性带载要求一般是产品需求规定（比如说2000uf容性带载能力），如果产品容性不满足，一般是不会通过直接降低容性来调整的，那还有什么方法？
容性不满足要求是因为容性产生的电流尖峰导致硬件误关断。所以解决问题的方法就是如何消除电流尖峰或减小电流尖峰。I=C*(dU/dt)，电流尖峰是电压的变化率的一个直接反应，解决措施一般分为三种：
1）增大栅极电阻（考虑开通慢，关断快的情况，栅极电阻和二极管关并联的方式）
2）在栅源极之间增加电容
3）控制信号加延时电路（增加电容滤过脉冲的这段时间）
三种方式中前两种方式是通过延长导通时间来降低电流尖峰，第三种方式是通过滤波让产生的尖峰电压变小。
这里有一个矛盾点需要考虑，导通时间延长能够有效消除电流尖峰的影响，但是带来的代价是在导通MOS管时也增加了MOS的开通损耗，容易导致在I2T保护时间内MOS的雪崩能量提前达到，导致MOS烧坏，那这里如何评价？
另外额外说明，考虑到以上因素和实际效果，本项目采用方法3），在传感器输出处增加电容。另外值得说明的是，RCD主要是用来消除电压尖峰，对于电流尖峰，实际测试未看到明显效果

1.3 容性带载能力和导通时间如何平衡

增加导通时间会降低电流尖峰，但是同时也增加了在I2T保护时间内的MOS承受的损耗，如何平衡二者的关系？
经验来说，MOS关断时间保证在1ms之内是比较保险的。
那如何测试呢？
1、确定带容性不会误关断的栅极电阻或者电容
2、在1的基础上不断增大电容，直至出现短路锁定保护

电容增大，红色第二个波峰会逐渐上升

红色关断时间不超过1ms比较保险。如果时间过长，那应该继续调整栅极电阻或者电容。通过这个时间来评价栅极电阻或者电容选取是否合适。

2 短路保护测试

在确定了栅极电阻或电容之后，进行真正短路保护测试。测试步骤：
1、电子负载调整成short模式
2、在负载输出端串接断路器（一般使用2-5A断路器），查看电路是否能够实现短路保护

这里需要注意的就是短路器的使用，断路器的使用能够避免电路未能保护时，起到一个二次保护的功能（100A 使用5A断路器，断开时间约50ms）如果短路保护在断路器断开之前有效，那么验证成功，如果短路保护在断路器断开之前未生效，那么验证没有成功，这个时候可以用断路器起到保护器件的目的，避免反复烧坏元器件。

3 i2t保护实现

i2t的调试步骤也是有步骤的：
1、弄清楚i2t保护的方法，常规的i2t方法：用查表法+四舍五入，还是查表法+线性插值，还是使用热记忆保护形式？首先需要把理论弄清，在此我们选用的是查表法+线性插值，其他方法感兴趣的可以自行学习
2、查表法+线性插值的软件实现，这里的关键是对表种索引的映射关系，软件实现主要实现这个，另外就是采用查询时间的方式保护，还是用计数器的形式来计算
3、在2的基础上，使用固定的ad采样值来验证程序逻辑是否正确，这一步很重要，避免一来就上程序然后烧坏MOS管，确认逻辑正确后能避免不必要的损失；另外固定的AD采样值还能够验证很多理论问题，例如对计算机的资源消耗，i2t计算周期，多路i2t保护误差，i2t保护时间计算是否正确等等
4、在3的基础上，可以先上小电流验证，这一步是软件结合是否正确的一步，同样也能避免烧坏元器件，比如额定电流10A,我们可以先把额定电流设置为1A或是2A
5、真正的额定电流和过流倍数的测试。

这部分需要有几个地方提醒：
1、电子负载即使是恒阻模式仍然带有容性
2、电流采集准确性直接关乎i2t保护的准确性，如果电流采集整体偏小或者偏大，都会使保护时间偏长或者偏短
3、高低温下，对i2t的影响有限，高温下，i2t保护增大，但是也就是几ms的问题
4、i2t计算采用计数器和查询时间的方式会影响保护的准确性，尤其是查询时间的方式，因为干扰，很容易造成误判断，另外就是对于进入i2t计算后，电流继续增大或者减小情况的适应性（保护时触发点是5倍额定电流，也是按照这个计算的保护时间，刚计算完，实际电流变成了8倍额定电流，按时间，保护时间应该减短，但是保护时间已经固定），这一部分思考还不够深入，后续有更多实践和思考成功再更新
5、对于干扰的滤波要格外小心处理，搞不好容易出现误保护或者不保护，主要是对滤波算法以及一些标志位置位的处理。