UCC27516和UCC27517單通道高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)解析

在電子工程領(lǐng)域，柵極驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)MOSFET和IGBT等功率開關(guān)的關(guān)鍵部件。TI公司的UCC27516和UCC27517單通道高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，憑借其出色的性能和豐富的特性，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。今天，我們就來深入解析這兩款器件。

文件下載：ucc27517.pdf

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

高性能驅(qū)動(dòng)能力

UCC27516和UCC27517采用了獨(dú)特的設(shè)計(jì)，能有效減少直通電流，可向容性負(fù)載提供和吸收高峰值電流脈沖，具備軌到軌驅(qū)動(dòng)能力，典型傳播延遲僅13ns。在(VDD = 12V)時(shí)，能提供4A源極和4A漏極的對(duì)稱驅(qū)動(dòng)峰值電流，為功率開關(guān)的快速切換提供了有力支持。

寬工作范圍

這兩款器件的單電源范圍為4.5 - 18V，工作溫度范圍為 - 40°C到140°C，能適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境。內(nèi)部的欠壓鎖定（UVLO）電路可確保在(VDD)超出工作范圍時(shí)輸出保持低電平，保證了上電和掉電時(shí)的無干擾運(yùn)行。

靈活的輸入設(shè)計(jì)

UCC27516和UCC27517采用雙輸入設(shè)計(jì)，可通過IN+或IN - 引腳實(shí)現(xiàn)反相或同相驅(qū)動(dòng)配置，未使用的輸入引腳還能用于使能或禁用功能。輸入引腳基于TTL和CMOS兼容的低電壓邏輯，閾值固定且獨(dú)立于(VDD)電源電壓，高低閾值之間的寬滯后特性提供了出色的抗噪能力。

安全可靠的設(shè)計(jì)

輸入引腳內(nèi)部的上拉和下拉電阻確保在輸入引腳浮空時(shí)輸出保持低電平，提高了系統(tǒng)的魯棒性。同時(shí)，輸入引腳的絕對(duì)最大電壓電平不受(VDD)引腳偏置電源電壓的限制，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

開關(guān)電源和DC - DC轉(zhuǎn)換器

在開關(guān)電源和DC - DC轉(zhuǎn)換器中，UCC27516和UCC27517能有效驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，減少開關(guān)損耗，提高電源效率。

數(shù)字電源控制器的配套驅(qū)動(dòng)器

作為數(shù)字電源控制器的配套柵極驅(qū)動(dòng)器，它們能將數(shù)字控制器的3.3V邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為合適的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，確保功率開關(guān)的完全導(dǎo)通，降低傳導(dǎo)損耗。

新興寬禁帶功率器件的驅(qū)動(dòng)

對(duì)于如GaN等新興寬禁帶功率器件，UCC27516和UCC27517在低(VDD)電壓下的工作能力、低傳播延遲以及良好的熱性能，使其成為理想的柵極驅(qū)動(dòng)器選擇。

詳細(xì)技術(shù)分析

UVLO保護(hù)功能

UCC2751x系列器件的(VDD)引腳具有內(nèi)部UVLO保護(hù)功能，當(dāng)(VDD)低于啟動(dòng)閾值時(shí)，輸出保持低電平。典型的UVLO閾值為4.2V，具有300mV的滯后特性，可防止因電源噪聲或電壓下降導(dǎo)致的輸出抖動(dòng)。在低電壓下的良好性能，使其特別適合驅(qū)動(dòng)GaN寬禁帶功率半導(dǎo)體器件。

工作電源電流

UCC2751x的靜態(tài)電流非常低，在不同的工作狀態(tài)下，電源電流的變化與理論值密切相關(guān)，表明器件內(nèi)部的直通電流可忽略不計(jì)，體現(xiàn)了其高速特性。通過已知的開關(guān)頻率和MOSFET柵極電荷，可計(jì)算出平均輸出電流。

輸入級(jí)設(shè)計(jì)

輸入引腳基于TTL/CMOS兼容的輸入閾值邏輯，獨(dú)立于(VDD)電源電壓，典型高閾值為2.2V，低閾值為1.2V，寬滯后特性（典型值為1V）增強(qiáng)了抗噪能力。輸入引腳的低電容減少了負(fù)載，提高了開關(guān)速度。當(dāng)輸入引腳浮空時(shí)，輸出保持低電平，確保了系統(tǒng)的安全性。

輸出級(jí)設(shè)計(jì)

在(VDD = 12V)時(shí)，UCC27516和UCC27517能提供4A源極和4A漏極的對(duì)稱驅(qū)動(dòng)。輸出級(jí)采用混合上拉結(jié)構(gòu)，結(jié)合N溝道和P溝道MOSFET器件，在功率開關(guān)導(dǎo)通的米勒平臺(tái)區(qū)域提供更高的峰值源電流，實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)通。下拉結(jié)構(gòu)由N溝道MOSFET組成，輸出電壓在(VDD)和GND之間擺動(dòng)，提供軌到軌操作，MOSFET體二極管可降低開關(guān)過沖和下沖的阻抗，減少了外部肖特基二極管鉗位的需求。

低傳播延遲

UCC27516和UCC27517具有業(yè)界一流的輸入到輸出傳播延遲，典型值為13ns，在不同的溫度和電源電壓下，傳播延遲變化很小，確保了高頻開關(guān)應(yīng)用中的低脈沖失真。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輸入輸出邏輯配置

根據(jù)實(shí)際需求選擇同相或反相輸入輸出配置。若希望輸入信號(hào)為高電平時(shí)功率MOSFET或IGBT導(dǎo)通，則選擇同相配置；若希望輸入信號(hào)為高電平時(shí)功率MOSFET或IGBT關(guān)斷，則選擇反相配置。

輸入閾值類型

UCC27516和UCC27517的輸入閾值基于TTL和CMOS兼容的低電壓邏輯，與(VDD)電源電壓無關(guān)，可與微控制器的邏輯電平輸入信號(hào)以及模擬控制器的高電壓輸入信號(hào)兼容。

(VDD)偏置電源電壓

(VDD)偏置電源電壓應(yīng)在推薦的工作范圍內(nèi)，不同的功率開關(guān)需要不同的柵極電壓來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和關(guān)斷。UCC27516和UCC27517的寬工作電壓范圍使其能驅(qū)動(dòng)多種功率開關(guān)。

峰值源極和漏極電流

為了實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)的快速開關(guān)，減少開關(guān)損耗，柵極驅(qū)動(dòng)器必須能夠提供足夠的峰值電流。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮PCB布線的寄生電感對(duì)開關(guān)速度的影響，將柵極驅(qū)動(dòng)器靠近功率MOSFET放置，減少布線電感。

使能和禁用功能

UCC27516和UCC27517的IN+和IN - 引腳均可控制輸出狀態(tài)，可根據(jù)輸入信號(hào)的類型選擇合適的輸入引腳作為主輸入，未使用的輸入引腳可用于使能和禁用功能。

傳播延遲

可接受的傳播延遲取決于開關(guān)頻率和系統(tǒng)可容忍的脈沖失真程度。UCC27516和UCC27517的低傳播延遲特性確保了在高頻應(yīng)用中的低脈沖失真。

電源和布局建議

電源建議

UCC27516和UCC27517的偏置電源電壓范圍為4.5 - 18V，內(nèi)部UVLO保護(hù)功能確保了在低電壓下的安全運(yùn)行。為了減少電源噪聲，應(yīng)在(VDD)和GND引腳之間提供局部旁路電容，推薦使用低ESR的陶瓷表面貼裝電容。

布局指南

在設(shè)計(jì)高速驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，正確的PCB布局至關(guān)重要。應(yīng)將驅(qū)動(dòng)器靠近功率器件放置，減少高電流走線的長(zhǎng)度；將(VDD)旁路電容靠近驅(qū)動(dòng)器放置，減少走線長(zhǎng)度，提高噪聲濾波效果；最小化導(dǎo)通和關(guān)斷電流回路的路徑，減少雜散電感；分離功率走線和信號(hào)走線，采用星點(diǎn)接地方式，使用接地平面提供噪聲屏蔽。

總結(jié)

UCC27516和UCC27517單通道高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器以其高性能、寬工作范圍、靈活的輸入設(shè)計(jì)和出色的抗噪能力，在開關(guān)電源、數(shù)字電源和新興寬禁帶功率器件驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)充分考慮其各項(xiàng)特性和應(yīng)用要點(diǎn)，合理進(jìn)行電源和布局設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。大家在使用這兩款器件時(shí)，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。